硅晶體薄膜熱傳導性質的計算機模擬.pdf

1、隨著微機電系統(MEMS)與半導體技術的發展，人們對于其構件熱傳導性質的研究越來越多。硅晶體薄膜是MEMS構件與半導體中應用最為廣泛的一種材料。它的熱傳導性質是一種能決定材料散熱能力的性質，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。
　　本文運用晶格動力學以及計算機模擬的方法計算了硅晶體薄膜的熱導率，并分析了其與自身厚度之間的關系?，F有的常用方法是分子動力學模擬，該方法從分子與原子層面出發討論了材料的熱傳導性質。

2、但分子動力學模擬有較大的局限性，因此本文考慮采用晶格動力學。
　　本文首先從大塊晶體出發，運用晶格動力學方法得到其晶格動力學矩陣、三次非和諧勢能，并利用聲子Green函數得到聲子壽命與聲子譜線寬度的表達式，再推廣到晶體薄膜上，從而得到晶體薄膜的晶格動力學矩陣、三次非和諧勢能以及聲子Green函數的表達式，并對硅晶體薄膜的聲子譜，晶格振動波形以及聲子譜線寬度進行了計算機模擬。
　　在前面晶體薄膜的晶格動力學基礎上，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系數公式。該公式表明硅晶體薄膜熱傳導系數主要與聲子譜線寬度和聲子譜相關，聲子譜線寬度和聲子譜均與晶體薄膜的厚度相關，因此硅晶體薄膜的熱傳導系數與其厚度有關。
　　硅晶體薄膜的熱傳導計算結果表明，硅晶體薄膜的熱傳導系數隨著晶體薄膜厚度的減小而減小。這一結果對于人們在對硅晶體薄膜構件的正確設計制造和使用具有很大的指導作用。根據這個結果，人們應該在設計微電子器件和MEMS時