摻雜硅中聲子散射的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、當(dāng)器件小到一定尺度時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)溫方法將無法反映其微尺度傳熱機(jī)理，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展使數(shù)值模擬技術(shù)成為研究此類器件微觀導(dǎo)熱機(jī)理的重要手段。聲子導(dǎo)熱是硅晶體中的主要導(dǎo)熱微觀機(jī)制，本文借助高性能計(jì)算機(jī)，利用分子動(dòng)力學(xué)方法研究了摻雜點(diǎn)缺陷對(duì)硅中聲子散射的過程，定量分析聲子散射后的能量組成，透射能量多即定性理解為導(dǎo)熱性好。另外，分析了各參數(shù)對(duì)導(dǎo)熱性的影響，其中重點(diǎn)考察了點(diǎn)缺陷原子質(zhì)量對(duì)聲子散射的影響，該研究對(duì)于深入認(rèn)識(shí)點(diǎn)缺陷對(duì)晶格導(dǎo)熱微觀機(jī)制的影

2、響有積極意義。 本文模擬過程中，首先產(chǎn)生一個(gè)窄頻率范圍的聲子波包，建立分子動(dòng)力學(xué)模型，確定相關(guān)模擬參數(shù)，然后實(shí)施分子動(dòng)力學(xué)模擬，最后對(duì)能量的透射率和反射率進(jìn)行分析。研究結(jié)果在原子尺度上清楚地展示出目前實(shí)際實(shí)驗(yàn)無法展現(xiàn)的點(diǎn)缺陷影響聲子散射的演化過程，可以直觀地看到能量的透射、反射和在摻雜區(qū)的滯留及逐漸釋放。研究表明，點(diǎn)缺陷的存在會(huì)在特定聲子頻率區(qū)引起共振，使透射率顯著減少。入射聲子頻率越大，透射率降低得越明顯。隨摻雜濃度的增加，共

3、振起始頻率減小，共振區(qū)域有擴(kuò)大的趨勢(shì)，但最大共振的頻率值不變。在同樣頻率和濃度下，摻雜原子質(zhì)量越大，透射率下降越明顯，將使導(dǎo)熱性下降越大。 逶過研究縱聲學(xué)(LA)和橫聲學(xué)(TA)模式聲子能量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻雜原子質(zhì)量較輕時(shí)，LA模式聲予能量總是大于TA模式聲予能量。摻雜原子質(zhì)量較大時(shí)情況則比較復(fù)雜，在頻率小于共振頻率時(shí)，總透射能量主要由LA聲予貢獻(xiàn)；但是在共振區(qū)和大于共振區(qū)的頻率范圍內(nèi)，TA模式聲予不能再被忽略，有明顯LA到TA聲子模