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《青岛理工大学》 2010年
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基于近场辐射的介电薄膜热导率模型研究

李现霞  
【摘要】:微米/纳米介电薄膜材料广泛应用于大规模集成电路、激光器件、微机电系统等,薄膜导热特性影响着器件和系统的性能和可靠性。而对于微观领域中超急速,高热流密度等极端条件的传热过程,傅里叶导热定律和普朗克黑体辐射定律等的宏观理论存在局限性,需要建立新的微尺度传热模型。分析介电薄膜的传热机制,研究薄膜热特性对于器件的设计和稳定运行具有重要意义。 在低维介电材料声子输运机理的基础上初步获得介电薄膜热传导机制。分析了3ω方法测量薄膜热导率实验结果,综合了多种薄膜热导率测量方法测量的SiO_2薄膜热导率与膜厚的关系,结果显示薄膜的热导率和膜厚没有明显的依赖关系。这与薄膜的表面声子散射增强,导致薄膜热导率随着膜厚的减小而减小的现有理论相悖。 在近场辐射的理论和试验基础上,建立了一个基于近场辐射的介电薄膜热传导模型,并以SiO_2为例计算得出薄膜热导率与膜厚的关系。常温下,SiO_2薄膜热导率随着膜厚的减小而减小,但是在微米、甚至纳米量级上并不明显。即使在膜厚在30nm的情况下,热导率的变化量小于体态热导率的万分之一。 综合薄膜热传导声子输运方程(Boltzmann Transport Equation,BET)和表面区域能态密度(Local Density Of State,LDOS)方程,对薄膜热传导和近场辐射统一性进行分析,验证介电薄膜热传导模型的合理性。计算结果与本领域的相关试验和理论分析一致,在微纳米尺度范围内,薄膜热传导和近场辐射统一的,表明通过近场辐射求解薄膜热导率的理论模型合理可行。
【学位授予单位】:青岛理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.2

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