TiO2-ZnO薄膜界面熱導(dǎo)率的分子動力學(xué)模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、界面是微電子器件中普遍存在的結(jié)構(gòu),由于微結(jié)構(gòu)、邊界效應(yīng)及界面效應(yīng)等,具有界面結(jié)構(gòu)的薄膜熱導(dǎo)率與單層薄膜有很大的不同。為了設(shè)計出可靠性更高的電子器件,開展薄膜界面熱導(dǎo)率的研究是必要的。然而,現(xiàn)有的熱導(dǎo)率測試儀還只能測量微米級的材料。因此,薄膜熱導(dǎo)率測試技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)是當(dāng)前傳熱研究的熱點(diǎn)。ZnO和TiO2作為電子器件中最常見的材料,因其具有良好的光電磁等特性而成為了當(dāng)今研究的焦點(diǎn),但對這兩種物質(zhì)特別是兩者構(gòu)筑的界面結(jié)構(gòu)在納米尺度上的傳熱

2、特性和機(jī)制還缺乏足夠的認(rèn)識；因此,對TiO2／ZnO薄膜界面熱特性的研究是必要的。
　　 本文采用分子動力學(xué)(MD)模擬和瞬態(tài)熱反射方法對由ZnO和TiO2納米薄膜構(gòu)建界面的熱導(dǎo)率進(jìn)行了研究,主要的研究工作如下:
　　 采用平衡分子動力學(xué)方法(EMD)研究了平衡溫度、厚度、界面以及TiO2在TiO2／ZnO薄膜系統(tǒng)中所占比例對TiO2／ZnO薄膜界面熱導(dǎo)率的影響；研究顯示:當(dāng)溫度由300K升高到600K時,薄膜的熱導(dǎo)率逐

3、漸減?。划?dāng)薄膜厚度由1.8nm增大到5nm時,熱導(dǎo)率會逐漸增大,且其熱導(dǎo)率要小于薄膜界面中各薄膜熱導(dǎo)率平均值的一半；而單位長度內(nèi)界面數(shù)增加時,TiO2／ZnO薄膜界面熱導(dǎo)率變化不明顯；另外,薄膜界面的熱導(dǎo)率隨著TiO2在TiO2／ZnO薄膜系統(tǒng)中所占比例的升高而減小。結(jié)果表明TiO2／Zno薄膜界面熱導(dǎo)率具有明顯的尺寸效應(yīng)、界面效應(yīng)和溫度效應(yīng)。
　　 試驗(yàn)方面,利用磁控濺射的方法在Si基底上制備了厚度分別為300nm、500nm