基于近場輻射的介電薄膜熱導率模型研究.pdf

1、微米/納米介電薄膜材料廣泛應用于大規(guī)模集成電路、激光器件、微機電系統(tǒng)等，薄膜導熱特性影響著器件和系統(tǒng)的性能和可靠性。而對于微觀領域中超急速，高熱流密度等極端條件的傳熱過程，傅里葉導熱定律和普朗克黑體輻射定律等的宏觀理論存在局限性，需要建立新的微尺度傳熱模型。分析介電薄膜的傳熱機制，研究薄膜熱特性對于器件的設計和穩(wěn)定運行具有重要意義。
　　 在低維介電材料聲子輸運機理的基礎上初步獲得介電薄膜熱傳導機制。分析了3ω方法測量薄膜熱導率

2、實驗結(jié)果，綜合了多種薄膜熱導率測量方法測量的SiO2薄膜熱導率與膜厚的關系，結(jié)果顯示薄膜的熱導率和膜厚沒有明顯的依賴關系。這與“薄膜的表面聲子散射增強，導致薄膜熱導率隨著膜厚的減小而減小”的現(xiàn)有理論相悖。
　　 在近場輻射的理論和試驗基礎上，建立了一個基于近場輻射的介電薄膜熱傳導模型，并以SiO2為例計算得出薄膜熱導率與膜厚的關系。常溫下，SiO2薄膜熱導率隨著膜厚的減小而減小，但是在微米、甚至納米量級上并不明顯。即使在膜厚在3

3、0nm的情況下，熱導率的變化量小于體態(tài)熱導率的萬分之一。
　　 綜合薄膜熱傳導聲子輸運方程(Boltzmann Transport Equation，BET)和表面區(qū)域能態(tài)密度(Local Density Of State，LDOS)方程，對薄膜熱傳導和近場輻射統(tǒng)一性進行分析，驗證介電薄膜熱傳導模型的合理性。計算結(jié)果與本領域的相關試驗和理論分析一致，在微納米尺度范圍內(nèi)，薄膜熱傳導和近場輻射統(tǒng)一的，表明通過近場輻射求解薄膜熱導率的