基于近場(chǎng)輻射的介電薄膜熱導(dǎo)率模型研究.pdf

1、微米/納米介電薄膜材料廣泛應(yīng)用于大規(guī)模集成電路、激光器件、微機(jī)電系統(tǒng)等，薄膜導(dǎo)熱特性影響著器件和系統(tǒng)的性能和可靠性。而對(duì)于微觀領(lǐng)域中超急速，高熱流密度等極端條件的傳熱過(guò)程，傅里葉導(dǎo)熱定律和普朗克黑體輻射定律等的宏觀理論存在局限性，需要建立新的微尺度傳熱模型。分析介電薄膜的傳熱機(jī)制，研究薄膜熱特性對(duì)于器件的設(shè)計(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
　　 在低維介電材料聲子輸運(yùn)機(jī)理的基礎(chǔ)上初步獲得介電薄膜熱傳導(dǎo)機(jī)制。分析了3ω方法測(cè)量薄膜熱導(dǎo)率

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合了多種薄膜熱導(dǎo)率測(cè)量方法測(cè)量的SiO2薄膜熱導(dǎo)率與膜厚的關(guān)系，結(jié)果顯示薄膜的熱導(dǎo)率和膜厚沒(méi)有明顯的依賴關(guān)系。這與“薄膜的表面聲子散射增強(qiáng)，導(dǎo)致薄膜熱導(dǎo)率隨著膜厚的減小而減小”的現(xiàn)有理論相悖。
　　 在近場(chǎng)輻射的理論和試驗(yàn)基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)基于近場(chǎng)輻射的介電薄膜熱傳導(dǎo)模型，并以SiO2為例計(jì)算得出薄膜熱導(dǎo)率與膜厚的關(guān)系。常溫下，SiO2薄膜熱導(dǎo)率隨著膜厚的減小而減小，但是在微米、甚至納米量級(jí)上并不明顯。即使在膜厚在3

3、0nm的情況下，熱導(dǎo)率的變化量小于體態(tài)熱導(dǎo)率的萬(wàn)分之一。
　　 綜合薄膜熱傳導(dǎo)聲子輸運(yùn)方程(Boltzmann Transport Equation，BET)和表面區(qū)域能態(tài)密度(Local Density Of State，LDOS)方程，對(duì)薄膜熱傳導(dǎo)和近場(chǎng)輻射統(tǒng)一性進(jìn)行分析，驗(yàn)證介電薄膜熱傳導(dǎo)模型的合理性。計(jì)算結(jié)果與本領(lǐng)域的相關(guān)試驗(yàn)和理論分析一致，在微納米尺度范圍內(nèi)，薄膜熱傳導(dǎo)和近場(chǎng)輻射統(tǒng)一的，表明通過(guò)近場(chǎng)輻射求解薄膜熱導(dǎo)率的