氮化镓纳米薄膜声子和热学性能的表面/界面效应理论研究
发布时间：2021-10-08 06:48
氮化镓（GaN）作为新型半导体材料的典型代表,由于具有优良的物理化学性质,在光电器件和微电子器件领域得到了广泛的应用,因而成为近年来半导体材料研究的热点。然而,以往针对纳米结构材料的研究大多集中在尺寸效应、量子限域效应、表面/界面散射效应以及应力场分别对纳米结构声子特性和热学性能的影响,却鲜有涉及表面/界面耦合效应的问题,如量子限域与表面/界面散射耦合效应,或表面/界面散射与预应力耦合效应,或量子限域与表面电荷耦合效应共同作用对纳米结构声子特性和热学性能的影响。本文以单层GaN纳米薄膜为对象,基于弹性连续模型和玻尔兹曼输运方程,分别定量研究了上述三种耦合效应对GaN纳米薄膜声子特性和热学性能的影响。首先,在传统连续介质力学框架下,简述了量子限域纳米材料声子的连续弹性理论,采用有限元差分法得到了纳米薄膜声子色散关系、声子平均群速度和声子态密度的表达式;同时,基于玻尔兹曼输运方程考虑表面/界面散射效应,建立了声子热流沿横向流动的声子输运模型。然后,通过数值计算定量给出了在量子限域效应与表面/界面散射效应共同作用下的声子热导率。研究结果表明:相对于仅考虑量子限域效应的情形,同时考虑表面/界面...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 纳米材料研究概述
1.1.2 纳米材料的应用与展望
1.2 研究现状
1.2.1 半导体纳米材料简述
1.2.2 半导体纳米材料的热导率
1.3 存在的问题和本文主要工作
第二章 表面界面效应对量子限域GaN纳米薄膜热学性能的影响
2.1 量子限域纳米材料声子的连续弹性理论概述
2.1.1 纳米薄膜声学声子特性的连续弹性理论
2.1.2 量子限域纳米薄膜的声子色散关系
2.1.3 数值结果及讨论
2.2 声子热导率的量子限域与表面界面散射耦合效应
2.2.1 横向声子玻尔兹曼输运方程
2.2.2 量子限域与表面界面散射耦合的声子热导率
2.2.3 声子弛豫时间
2.2.4 数值结果及讨论
2.3 本章小结
第三章 应力约束GaN纳米薄膜热导率的表面界面散射效应
3.1 氮化镓纳米薄膜声子的声弹耦合效应
3.1.1 薄膜声弹效应基本理论
3.1.2 预应力下纳米薄膜声子色散关系及弛豫时间
3.1.3 数值结果及讨论
3.2 纳米薄膜声子热导率的表面界面散射与声弹耦合效应
3.2.1 平面方向声子玻尔兹曼输运方程
3.2.2 表面界面散射与声弹耦合的声子热导率
3.2.3 数值结果及讨论
3.3 本章小结
第四章 表面电荷效应对纳米薄膜声子特性和热学性能的影响
4.1 表面带电纳米薄膜的等效弹性性能参数
4.1.1 表面电荷密度对表面应力的影响
4.1.2 带电纳米薄膜的等效弹性模量
4.2 纳米薄膜声子特性和声子热导率的表面电荷耦合效应
4.2.1 表面带电纳米薄膜的声子特性和声子热导率
4.2.2 数值结果及讨论
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent advances on thermal analysis of stretchable electronics[J]. Yuhang Li,Yuyan Gao,Jizhou Song. Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2016(01)
[2]Performance improvement of AlGaN-based deep ultraviolet light-emitting diodes with double electron blocking layers[J]. 张诚,孙慧卿,李旭娜,孙浩,范宣聪,张柱定,郭志友. Chinese Physics B. 2016(02)
[3]Trap states induced by reactive ion etching in AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors[J]. 罗俊,赵胜雷,宓珉瀚,侯斌,杨晓蕾,张进成,马晓华,郝跃. Chinese Physics B. 2015(11)
[4]Electron–acoustic phonon interaction and mobility in stressed rectangular silicon nanowires[J]. 朱林利. Chinese Physics B. 2015(01)
[5]纳米结构材料的制备及应用进展[J]. 颜婷婷,张登松,施利毅. 上海大学学报(自然科学版). 2011(04)
本文编号：3423632
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 纳米材料研究概述
1.1.2 纳米材料的应用与展望
1.2 研究现状
1.2.1 半导体纳米材料简述
1.2.2 半导体纳米材料的热导率
1.3 存在的问题和本文主要工作
第二章 表面界面效应对量子限域GaN纳米薄膜热学性能的影响
2.1 量子限域纳米材料声子的连续弹性理论概述
2.1.1 纳米薄膜声学声子特性的连续弹性理论
2.1.2 量子限域纳米薄膜的声子色散关系
2.1.3 数值结果及讨论
2.2 声子热导率的量子限域与表面界面散射耦合效应
2.2.1 横向声子玻尔兹曼输运方程
2.2.2 量子限域与表面界面散射耦合的声子热导率
2.2.3 声子弛豫时间
2.2.4 数值结果及讨论
2.3 本章小结
第三章 应力约束GaN纳米薄膜热导率的表面界面散射效应
3.1 氮化镓纳米薄膜声子的声弹耦合效应
3.1.1 薄膜声弹效应基本理论
3.1.2 预应力下纳米薄膜声子色散关系及弛豫时间
3.1.3 数值结果及讨论
3.2 纳米薄膜声子热导率的表面界面散射与声弹耦合效应
3.2.1 平面方向声子玻尔兹曼输运方程
3.2.2 表面界面散射与声弹耦合的声子热导率
3.2.3 数值结果及讨论
3.3 本章小结
第四章 表面电荷效应对纳米薄膜声子特性和热学性能的影响
4.1 表面带电纳米薄膜的等效弹性性能参数
4.1.1 表面电荷密度对表面应力的影响
4.1.2 带电纳米薄膜的等效弹性模量
4.2 纳米薄膜声子特性和声子热导率的表面电荷耦合效应
4.2.1 表面带电纳米薄膜的声子特性和声子热导率
4.2.2 数值结果及讨论
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent advances on thermal analysis of stretchable electronics[J]. Yuhang Li,Yuyan Gao,Jizhou Song. Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2016(01)
[2]Performance improvement of AlGaN-based deep ultraviolet light-emitting diodes with double electron blocking layers[J]. 张诚,孙慧卿,李旭娜,孙浩,范宣聪,张柱定,郭志友. Chinese Physics B. 2016(02)
[3]Trap states induced by reactive ion etching in AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors[J]. 罗俊,赵胜雷,宓珉瀚,侯斌,杨晓蕾,张进成,马晓华,郝跃. Chinese Physics B. 2015(11)
[4]Electron–acoustic phonon interaction and mobility in stressed rectangular silicon nanowires[J]. 朱林利. Chinese Physics B. 2015(01)
[5]纳米结构材料的制备及应用进展[J]. 颜婷婷,张登松,施利毅. 上海大学学报(自然科学版). 2011(04)
本文编号：3423632
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