硅晶體薄膜熱傳導(dǎo)性質(zhì)的計(jì)算機(jī)模擬.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)與半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于其構(gòu)件熱傳導(dǎo)性質(zhì)的研究越來越多。硅晶體薄膜是MEMS構(gòu)件與半導(dǎo)體中應(yīng)用最為廣泛的一種材料。它的熱傳導(dǎo)性質(zhì)是一種能決定材料散熱能力的性質(zhì)，也是保證MEMS器件在一定的溫度下保持正常工作的決定性因素。
　　本文運(yùn)用晶格動(dòng)力學(xué)以及計(jì)算機(jī)模擬的方法計(jì)算了硅晶體薄膜的熱導(dǎo)率，并分析了其與自身厚度之間的關(guān)系?，F(xiàn)有的常用方法是分子動(dòng)力學(xué)模擬，該方法從分子與原子層面出發(fā)討論了材料的熱傳導(dǎo)性質(zhì)。

2、但分子動(dòng)力學(xué)模擬有較大的局限性，因此本文考慮采用晶格動(dòng)力學(xué)。
　　本文首先從大塊晶體出發(fā)，運(yùn)用晶格動(dòng)力學(xué)方法得到其晶格動(dòng)力學(xué)矩陣、三次非和諧勢(shì)能，并利用聲子Green函數(shù)得到聲子壽命與聲子譜線寬度的表達(dá)式，再推廣到晶體薄膜上，從而得到晶體薄膜的晶格動(dòng)力學(xué)矩陣、三次非和諧勢(shì)能以及聲子Green函數(shù)的表達(dá)式，并對(duì)硅晶體薄膜的聲子譜，晶格振動(dòng)波形以及聲子譜線寬度進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。
　　在前面晶體薄膜的晶格動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)上，利用Hard

3、y能量通量公式以及Green-Kubo公式，得到晶體薄膜的熱傳導(dǎo)系數(shù)公式。該公式表明硅晶體薄膜熱傳導(dǎo)系數(shù)主要與聲子譜線寬度和聲子譜相關(guān)，聲子譜線寬度和聲子譜均與晶體薄膜的厚度相關(guān)，因此硅晶體薄膜的熱傳導(dǎo)系數(shù)與其厚度有關(guān)。
　　硅晶體薄膜的熱傳導(dǎo)計(jì)算結(jié)果表明，硅晶體薄膜的熱傳導(dǎo)系數(shù)隨著晶體薄膜厚度的減小而減小。這一結(jié)果對(duì)于人們?cè)趯?duì)硅晶體薄膜構(gòu)件的正確設(shè)計(jì)制造和使用具有很大的指導(dǎo)作用。根據(jù)這個(gè)結(jié)果，人們應(yīng)該在設(shè)計(jì)微電子器件和MEMS時(shí)