HfO 2 薄膜热特性的分子动力学模拟与实验研究

发布时间：2024-11-10 08:38

　　HfO₂薄膜被广泛应用于微电子、光学以及信息技术等高新技术领域,由于各种边界效应等因素的影响其热特性参数通常与体材料有很大的不同。因此亚微米薄膜热物性参数的测试成为亟待解决的问题,开展相关研究有利于提高器件的稳定性与可靠性,而且对微尺度传热的理论发展具有十分重要的意义。本文采用分子动力学模拟的方法对不同物相的HfO₂薄膜的热导率进行了探究,计算了温度在200-600K,厚度在5.12-31.70nm范围内的单斜相、立方相以及非晶态HfO₂的导热系数。模拟结果表明:单斜相HfO₂的热导率为0.49-1.20W/mK,立方相HfO₂的热导率为1.31-1.96W/mK,而非晶态HfO₂的热导率为0.17-0.24W/mK。在模拟的尺度范围内,不同物相的HfO₂薄膜热导率均呈现出明显的尺度效应,但表现出不同的温度依赖性,这是由于热容和声子散射强度随温度的升高表现出相对不同的变化造成的。通过分子动力学模拟的方法研究了不同条件下HfO_2...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 HfO₂性质及应用
    1.3 国内外研究现状
    1.4 研究目的与研究内容
2 HfO₂薄膜热特性研究方法
    2.1 分子动力学方法
        2.1.1 分子动力学基本原理
        2.1.2 分子动力学模拟基本步骤及相关软件
        2.1.3 分子动力学模拟关键技术
        2.1.4 热导率的分子动力学模拟方法
    2.2 实验测试原理
        2.2.1 测试方法介绍
        2.2.2 瞬态热反射法测试原理及实验装置
        2.2.3 测试参数的选取
3 HfO₂薄膜热导率的分子动力学模拟
    3.1 晶体模型构建与计算方法
        3.1.1 模型构建
        3.1.2 势函数
        3.1.3 模拟过程与计算
    3.2 非晶模型构建与计算方法
        3.2.1 HfO₂熔点的确定
        3.2.2 非晶模型的构建
        3.2.3 模拟过程与计算
    3.3 模拟结果与分析
        3.3.1 HfO₂薄膜热导率的尺度特性
        3.3.2 温度对HfO₂热导率的影响
    3.4 无限长HfO₂薄膜热导率的计算
    3.5 本章小结
4 HfO₂/SiO₂界面热阻的分子动力学模拟
    4.1 模型构建与计算方法
        4.1.1 模型构建
        4.1.2 势函数
        4.1.3 模拟过程
    4.2 模拟结果与分析
        4.2.1 界面形态对界面热阻的影响
        4.2.2 温度对界面热阻的影响
    4.3 本章小结
5 HfO₂薄膜热导率与界面热阻的实验测量
    5.1 测试样品的制备
    5.2 数据拟合原理
    5.3 HfO₂薄膜表征
        5.3.1 AFM
        5.3.2 XRD
        5.3.3 XPS
    5.4 实验的误差分析
    5.5 HfO₂薄膜热导率的测试
        5.5.1 晶体HfO₂热导率
        5.5.2 非晶HfO₂热导率
    5.6 测试结果与理论分析
    5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：4011780