纤锌矿结构氧化锌纳米薄膜热导率的研究
发布时间：2021-08-08 07:36
氧化锌薄膜作为一种性能优异的宽禁带半导体材料,在光电、压电、气敏、热电、铁磁等诸多领域都受到广泛关注。随着半导体器件和微机电系统的特征尺寸逐渐减小,其热物性的微尺度效应也越来越显著。氧化锌薄膜作为器件和微机电系统的核心材料,其热导率能直接影响器件和系统的主要性能,是关乎器件和系统热设计及热管理的重要物理参数。因此开展对氧化锌纳米薄膜材料热导率的研究工作是十分必要且具有现实意义的。分子动力学方法是研究纳米薄膜热导率的有效途径。本文通过非平衡态分子动力学方法,采用微正则系综以及Buckingham势函数,研究了纤锌矿结构氧化锌纳米薄膜的热导率。研究结果表明:（1）室温下厚度约为30～46nm的氧化锌薄膜材料的热导率要比其体材料的热导率低两个数量级。随着膜厚的增加,热导率呈现接近线性的增加趋势,表现出显著的尺寸效应,与文献中实验测试结果的变化趋势相吻合。（2）对于膜厚约为37nm的氧化锌薄膜,计算了其在温度范围为100～500K内的热导率,发现薄膜热导率随温度地升高而减小,呈现出明显的温度依赖性。并把模拟结果与现有文献中的测试结果及块体氧化锌的热导率做了比较。（3）对存在氧原子空位缺陷的纤锌...
【文章来源】：辽宁师范大学辽宁省
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１氧化锌的晶体结构⑷岩盐结构Ｕｂ）闪持矿结构；（ｃ）纤铸矿结构??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｚｍｃ?ｏｘｉｄｅ?（ａ）Ｒｏｃｋ?ｓａｌｔ；?（ｂ）Ｚｉｎｅ?Ｂｌｅｎｄｅｊ?（ｃ）Ｗｕｒｔｚ］ｔｅ??
乙?＞?Ｚ?１１１１?１１１１＾?１１１??图２．２非平衡热输运过程［６６］??Ｆｉｇ．?２．２?Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ?ｈｅａｔ?ｔｒａｎｓｐｏｒｔ?ｐｒｏｃｅｓｓ??在系统的Ｘ、Ｙ、Ｚ三个方向上分别施加周期性边界条件，将整个模拟系统沿着Ｚ??方向进行分层，总层数为Ｎ，保证每层中包含的原子数近似相等，在Ｚ方向上的１／４和??３／４处选定相等层数的粒子作为高温控制层和低温控制层，并控制两个温度区域保持固??定的温差，选择控温层时需满足两个控温层中点间的距离近似于模拟体系厚度的一半。??利用非平衡分子动力学方法计算材料的热导率，主要有以下三种常见的方法：加减??能量法、固定温度法以及速度交换法，下面将会分别对这三种ＮＥＭＤ方法进行详细的??介绍。??（１）加减能量法，最早由魏志勇［６７］在２０１０年提出。该方法的基本流程是选定系统??里部分原子作为热域
图２．２非平衡热输运过程［６６］??Ｆｉ．?２．２?Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ?ｈｅａｔ?ｔｒａｎｓｏｒｔｒｏｃｅｓｓ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]热处理工艺对溶胶-凝胶法制备ZnO:Al薄膜光电性能的影响[J]. 彭寿,金良茂,王芸,汤永康,甘治平,王东,石丽芬,单传丽. 硅酸盐学报. 2015(04)
[2]Thermal conductivity of PECVD silicon-rich silicon nitride films measured with a SiO2/SixNy bimaterial microbridge test structure[J]. 韩建强,李琰,李森林,李青. Journal of Semiconductors. 2014(04)
[3]TiO2/ZnO纳米薄膜界面热导率的分子动力学模拟[J]. 杨平,吴勇胜,许海锋,许鲜欣,张立强,李培. 物理学报. 2011(06)
[4]石墨烯纳米带热导率的分子动力学模拟[J]. 魏志勇,毕可东,陈云飞. 东南大学学报(自然科学版). 2010(02)
[5]薄膜材料导热行为及其测试和预测[J]. 谢华清,王锦昌,奚同庚,刘岩. 材料科学与工艺. 2001(01)
[6]纳米薄膜导热系数的分子动力学模拟[J]. 冯晓利,李志信,梁新刚,过增元. 科学通报. 2000(19)
博士论文
[1]亚微米薄膜导热特性的研究[D]. 白素媛.大连理工大学 2010
[2]薄膜热导率的测试与分子动力学模拟研究[D]. 黄正兴.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]低维材料热输运特性的结构调控[D]. 王希稳.扬州大学 2016
本文编号：3329523
【文章来源】：辽宁师范大学辽宁省
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１氧化锌的晶体结构⑷岩盐结构Ｕｂ）闪持矿结构；（ｃ）纤铸矿结构??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｚｍｃ?ｏｘｉｄｅ?（ａ）Ｒｏｃｋ?ｓａｌｔ；?（ｂ）Ｚｉｎｅ?Ｂｌｅｎｄｅｊ?（ｃ）Ｗｕｒｔｚ］ｔｅ??
乙?＞?Ｚ?１１１１?１１１１＾?１１１??图２．２非平衡热输运过程［６６］??Ｆｉｇ．?２．２?Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ?ｈｅａｔ?ｔｒａｎｓｐｏｒｔ?ｐｒｏｃｅｓｓ??在系统的Ｘ、Ｙ、Ｚ三个方向上分别施加周期性边界条件，将整个模拟系统沿着Ｚ??方向进行分层，总层数为Ｎ，保证每层中包含的原子数近似相等，在Ｚ方向上的１／４和??３／４处选定相等层数的粒子作为高温控制层和低温控制层，并控制两个温度区域保持固??定的温差，选择控温层时需满足两个控温层中点间的距离近似于模拟体系厚度的一半。??利用非平衡分子动力学方法计算材料的热导率，主要有以下三种常见的方法：加减??能量法、固定温度法以及速度交换法，下面将会分别对这三种ＮＥＭＤ方法进行详细的??介绍。??（１）加减能量法，最早由魏志勇［６７］在２０１０年提出。该方法的基本流程是选定系统??里部分原子作为热域
图２．２非平衡热输运过程［６６］??Ｆｉ．?２．２?Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ?ｈｅａｔ?ｔｒａｎｓｏｒｔｒｏｃｅｓｓ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]热处理工艺对溶胶-凝胶法制备ZnO:Al薄膜光电性能的影响[J]. 彭寿,金良茂,王芸,汤永康,甘治平,王东,石丽芬,单传丽. 硅酸盐学报. 2015(04)
[2]Thermal conductivity of PECVD silicon-rich silicon nitride films measured with a SiO2/SixNy bimaterial microbridge test structure[J]. 韩建强,李琰,李森林,李青. Journal of Semiconductors. 2014(04)
[3]TiO2/ZnO纳米薄膜界面热导率的分子动力学模拟[J]. 杨平,吴勇胜,许海锋,许鲜欣,张立强,李培. 物理学报. 2011(06)
[4]石墨烯纳米带热导率的分子动力学模拟[J]. 魏志勇,毕可东,陈云飞. 东南大学学报(自然科学版). 2010(02)
[5]薄膜材料导热行为及其测试和预测[J]. 谢华清,王锦昌,奚同庚,刘岩. 材料科学与工艺. 2001(01)
[6]纳米薄膜导热系数的分子动力学模拟[J]. 冯晓利,李志信,梁新刚,过增元. 科学通报. 2000(19)
博士论文
[1]亚微米薄膜导热特性的研究[D]. 白素媛.大连理工大学 2010
[2]薄膜热导率的测试与分子动力学模拟研究[D]. 黄正兴.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]低维材料热输运特性的结构调控[D]. 王希稳.扬州大学 2016
本文编号：3329523
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