硅晶体薄膜热传导性质的计算机模拟
本文选题:微机电系统 切入点:硅晶体薄膜 出处:《湖南师范大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:随着微机电系统(MEMS)与半导体技术的发展,人们对于其构件热传导性质的研究越来越多。硅晶体薄膜是MEMS构件与半导体中应用最为广泛的一种材料。它的热传导性质是一种能决定材料散热能力的性质,也是保证MEMS器件在一定的温度下保持正常工作的决定性因素。本文运用晶格动力学以及计算机模拟的方法计算了硅晶体薄膜的热导率,并分析了其与自身厚度之间的关系。现有的常用方法是分子动力学模拟,该方法从分子与原子层面出发讨论了材料的热传导性质。但分子动力学模拟有较大的局限性,因此本文考虑采用晶格动力学。本文首先从大块晶体出发,运用晶格动力学方法得到其晶格动力学矩阵、三次非和谐势能,并利用声子Green函数得到声子寿命与声子谱线宽度的表达式,再推广到晶体薄膜上,从而得到晶体薄膜的晶格动力学矩阵、三次非和谐势能以及声子Green 函数的表达式,并对硅晶体薄膜的声子谱,晶格振动波形以及声子谱线宽度进行了计算机模拟。在前面晶体薄膜的晶格动力学基础上,利用Hardy能量通量公式以及Green-Kubo公式,得到晶体薄膜的热传导系数公式。该公式表明硅晶体薄膜热传导系数主要与声子谱线宽度和声子谱相关,声子谱线宽度和声子谱均与晶体薄膜的厚度相关,因此硅晶体薄膜的热传导系数与其厚度有关。硅晶体薄膜的热传导计算结果表明,硅晶体薄膜的热传导系数随着晶体薄膜厚度的减小而减小。这一结果对于人们在对硅晶体薄膜构件的正确设计制造和使用具有很大的指导作用。根据这个结果,人们应该在设计微电子器件和MEMS时考虑晶体薄膜厚度对热传导的影响,防止因晶体薄膜散热问题而导致器件失效。
[Abstract]:With the development of MEMS and semiconductor technology, More and more researches have been done on the heat conduction properties of its components. Silicon crystal thin film is the most widely used material in MEMS components and semiconductors. Its heat conduction property is a kind of property that can determine the heat dissipation ability of materials. It is also a decisive factor to ensure that MEMS devices work normally at a certain temperature. In this paper, the thermal conductivity of silicon crystal thin films is calculated by lattice dynamics and computer simulation. The existing methods are molecular dynamics simulation, which discusses the heat conduction properties of materials from the molecular and atomic levels. However, molecular dynamics simulation has some limitations. Therefore, the lattice dynamics is considered in this paper. Firstly, the lattice dynamics matrix is obtained by using the method of lattice dynamics from bulk crystals, and the cubic nonharmonious potential energy is obtained. The expressions of phonon lifetime and phonon spectral line width are obtained by using the phonon Green function, and then extended to the crystal thin film. The lattice dynamics matrix, the cubic nonharmonious potential energy and the expression of the phonon Green function of the crystal thin film are obtained. The phonon spectrum, lattice vibration waveform and the width of phonon spectrum of silicon crystal thin film are simulated by computer. On the basis of lattice dynamics of the previous crystal thin film, the formula of Hardy energy flux and Green-Kubo formula are used. The formula shows that the thermal conductivity of silicon crystal film is mainly related to the width of phonon line and phonon spectrum, and the width of phonon line and phonon spectrum are related to the thickness of crystal film. Therefore, the heat conduction coefficient of silicon crystal film is related to its thickness. The heat conduction coefficient of silicon crystal thin film decreases with the decrease of the thickness of crystal film. This result has a great instructive effect on the correct design, manufacture and use of silicon crystal thin film components. In the design of microelectronic devices and MEMS, the effect of thickness of crystal film on heat conduction should be taken into account to prevent the device from failure due to the heat dissipation of crystal films.
【学位授予单位】:湖南师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN304.12
【相似文献】
相关期刊论文 前1条
1 冯丽萍,徐新;白宝石上生长SiO_2薄膜的工艺[J];材料开发与应用;2005年03期
相关会议论文 前1条
1 李刚;孙连春;;薄膜位相延迟器的研究[A];2004年光学仪器研讨会论文集[C];2004年
相关博士学位论文 前8条
1 孙秋;掺杂PZT薄膜的制备及微结构与铁电性能研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
2 周小芳;一些简单氧化物半导体薄膜的LIV效应及其输运性质研究[D];昆明理工大学;2010年
3 洪波;电沉积铜薄膜中织构与内应力的研究[D];上海交通大学;2008年
4 谢忍;铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga薄膜的制备和性能研究[D];南京大学;2013年
5 张玉梅;L1_0FePt薄膜的结构和磁性研究[D];吉林大学;2014年
6 于永生;L1_0FePt薄膜有序化行为和磁性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 张晓康;立方氮化硼薄膜的相变和光、电性能研究[D];兰州大学;2009年
8 李红霞;钒酸盐晶体与薄膜的生长、结构及性能研究[D];山东大学;2006年
相关硕士学位论文 前10条
1 王振;强磁场下氧化法生长ZnO薄膜结构演化及其对性能的影响[D];东北大学;2014年
2 张怀斌;铁酸铋薄膜界面及生长缺陷研究[D];华东师范大学;2016年
3 何龙;3ω法在薄膜界面热阻测量中的应用[D];电子科技大学;2016年
4 王轩;硅晶体薄膜热传导性质的计算机模拟[D];湖南师范大学;2016年
5 方欣;溶胶—凝胶法制备多孔二氧化硅薄膜的研究[D];电子科技大学;2009年
6 宋文韬;CaCu_3Ti_4O_(12)巨介电薄膜的制备与性能优化[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 王高学;金属铁磁薄膜的制备及其高频磁性[D];兰州大学;2013年
8 孙雯;异价掺杂BiFeO_3-基薄膜的制备及性能研究[D];济南大学;2013年
9 刘嘉聪;合金化对Cu/SiO_2薄膜体系微观结构以及电性能的影响[D];上海交通大学;2008年
10 程丹丹;脉冲阴极弧放电制备PI基低辐射薄膜及其性能研究[D];东华大学;2012年
,本文编号:1579001
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/1579001.html