界面工程调控GaN基异质结界面热传导性能研究

GaN以其宽禁带、高电子迁移率、高击穿场强等特点在高频大功率电子器件领域有着巨大的应用前景.大功率GaN电子器件在工作时存在明显的自热效应,产生大量焦耳热,散热问题已成为制约其发展的瓶颈.而GaN与衬底间的界面热导是影响GaN电子器件热管理全链条上的关键环节.本文首先讨论各种GaN界面缺陷及其对界面热导的影响;然后介绍常见的界面热导研究方法,包括理论分析和实验测量;接着结合具体案例介绍近些年发展的GaN界面热导优化方法,包括常见的化学键结合界面类型及范德瓦耳斯键结合的弱耦合界面;最后总结全文,为GaN器件结构设计提供有价值参考.     

激光热烧蚀问题的数值模拟与相变界面的跟踪计算方法

我们提出了一种跟踪活动相变界面的计算方法，以模拟激光－靶相互作用下物质的相变过程，方法的基本思想是：在远离相变界面的区域采用ｖｏｎ－Ｎｅｕｍａｎｎ计算格式，在相变界面的附的利用连接条件与流体力学方程的双曲线特性建立特定的差分格式，利用一系列的计算公式和复杂的逻辑处理，把这些差分格式联系在一起形成一套完整的计算方法。     

微结构接触界面热阻

微纳米结构的接触热传输是热电转换、超导冷却、集成芯片散热等高技术领域面临并必须着力解决的技术问题,它区别于宏观热传输,具有为尺度依赖效应和多个微观特征量。文中从微结构接触热传输阻力角度出发,探讨了接触热阻及界面热阻区别,阐释了微尺度的特征量,接触界面热阻实验及理论研究方法、实验参数的测量,接触热阻及界面热阻的材料选择。通过接触界面热阻这些方面的研究,为研究接触界面热阻研究提供了较全面的参考。     

汽液界面热毛细波的分子动力学模拟

用分子动力学模拟方法研究汽液界面性质,在NVT系综中,以氩原子为对象,对长方形模拟盒中汽液平衡系统进行不同温度下的模拟计算。计算结果表明,汽液界面存在热毛细波。界面上的热涨落将使界面变宽,它不仅与界面张力有关,还与温度、界面的横截面积有关。可以把汽液界面上热毛细波的均分根涨落值,作为汽液界面的宽度和粗糙度的指标。     

薄夹层界面热弛豫解及其在冲击温度研究中的意义

 对样品/薄夹层/窗口组成的三层介质双界面热传导问题进行求解。在3个不同初温、不同热物性参数及边界条件下，获得了夹层介质中的温度解，给出了界面温度历史随薄层厚度、热扩散系数和介质之间热扩散系数之比的变化规律。从理论分析和实验结果发现，当夹层厚度小于1 μm，热扩散系数大于10^-4 m²/s时，在实验观测的时间内，界面温度历史将很快衰减到一平台，其幅度只由样品、窗口的初温和热扩散系数确定，而与夹层介质的初温、热传导系数无关。     

SOI MOSFET转移特性中的深度饱和现象研究

关键词：     

界面尺寸对铜/石墨烯界面热导的影响

采用原子格林函数(AGF)方法研究了界面尺寸对铜/单层石墨烯(SLG)界面热导的影响.建立了有限和无限界面尺寸的AGF计算模型,计算得到的界面热导均在铜的迪拜温度(343 K)附近收敛,但两者计算得到的透射系数和界面热导存在明显差别:有限界面尺寸时计算得到的透射系数在1.5 THz附近达到峰值0.84,而无限界面尺寸时...     

热激发效应对界面摩擦的影响

论文主要从微观角度研究摩擦热产生的机理及摩擦热对摩擦性能的影响. 依据固体物理学中原子热振动理论, 以界面摩擦为研究对象, 从分析界面原子的受迫振动出发, 得出界面摩擦过程中原子的振动实际上是自激振动和受迫振动的叠加, 界面原子在非平衡状态下的热振动将导致声子的激发和湮灭, 进而导致摩擦热的产生, 摩擦界面的温度升高. 然后, 从温度对界面原子能级分布和跃迁的影响角度探讨了热激发效应对界面摩擦的影响, 分析得出如下结论: 温度低时, 界面原子处在激发态的概率随着温度的升高而增加, 导致摩擦系数随温度增加而增加; 温度在100 K附近界面原子处在激发态的概率出现峰值, 导致摩擦系数出现峰值; 当温度高于临界值后, 摩擦系数随温度的升高反而会降低. 最后将本文的理论分析的结果与他人的实验结果对比, 显示两者的趋势一致, 表明本文提出的理论和方法可行.     

碳纳米管的生长机理、可控生长及应用探索

碳纳米管的可控制生长,及其宏观尺度结构的制备,对于碳纳米管的应用具有重要的意义,为了实现准确的生长控制,对碳纳米管生长机理的深入了解是不可缺少的前提条件.文章介绍了我们近年来在碳纳米管生长机理、可控生长及其应用方面的一些进展.通过引入^13C标记法,我们证实了化学气相沉积法中碳纳米管以析出模式生长;实时改变生长的气相成份和流量,可以在碳纳米管阵列上留下标记序列,并据此测量出其生长速率及活化能.将超顺排碳纳米管阵列的合成扩展到4英寸规模,并发展了用挥发性有机溶剂处理碳纳米管线的方法,大大提高了其强度和可操作性.处理后的碳纳米管线可以方便地用于热电子源、高电流密度冷阴极以及荧光灯等.热界面材料在IT产业中具有重要的应用背景,我们用碳纳米管阵列制备的复合材料具有极高的热导率和极低的界面热阻,同时发展了化学修饰、端部剪裁、金属集热层等新技术以制备高性能的碳纳米管热界面材料.     

全固态锂离子电池内部热输运研究前沿

本文简要阐述了全固态锂离子电池的特点及其内部热输运研究的意义.介绍并总结了国内外与正极材料、负极材料、固态电解质,以及电极与电解质界面热输运性质相关的实验和理论工作.针对脱嵌锂过程对电极材料热导率的影响机理尚不明确,非晶态转变对电极材料热输运研究的挑战,界面热输运模型与方法不足等问题,系统梳理了全固态锂离子电池内部热输运的重要前沿科学问题.     

飞秒脉冲激光加热金属薄膜的理论和实验研究

超短脉冲激光加热可应用于研究材料中载能子之间的超快相互作用,同时也广泛应用于超快激光加工.此前人们提出的双温度模型和抛物一步模型都只能用于描述超短脉冲激光加热金属薄膜后热量传递过程的特定片段.基于双温度模型和傅里叶导热定律,提出普适的理论模型可用于完整描述飞秒激光加热金属薄膜/基底时的整个热量传递过程.同时在300 K温度下,采用背面抽运-表面探测瞬态热反射法实验研究了飞秒脉冲激光加热金属薄膜的热量传递过程,理论预测曲线和实验测量结果符合较好,验证了理论模型的正确性.基于此模型测量得到了金薄膜的电子-声子 关键词： 飞秒脉冲激光 电子-声子耦合 界面热导 瞬态热反射     

Inner Structure of Boiling Nucleus and Interfacial Energy Between Nucleus and Bulk Liquid

A model of two-region structure of a nucleus is proposed to describe nucleus evolution.The interracial tension between bulk liquid phase and nucleus is dependent on the density gradient in the transition region and varies with the structure change of the transition region.With the interracial tension calculated using this model,the predicted nucleation rate is very close to the experimental measurement.Furthermore,this model and associated analysis provide solid theoretical evidence to clarify the definition of nucleation rate and understand the nucleation phenomenon with insight into the physical nature.     

Coupling of Evaporation and Thermocapillary Convection in a Liquid Layer with Mass and Heat Exchanging Interface

We propose and analyse a new model of thermocapillary convection with evaporation in a cavity subjected to horizontal temperature gradient, rather than the previously studied model without evaporation. The pure liquid layer with a top free surface in contact with its own vapour is considered in microgravity condition. The computing programme developed for simulating this model integrates the two-dimensional, time-dependent Navier-Stokes equations and energy equation by a second-order accurate projection method. We focus on the coupling of evaporation and thermocapillary convection by investigating the influence of evaporation Biot number and Marangoni number on the interracial mass and heat transfer. Three different regimes of the coupling mechanisms are found and explained from our numerical results.     

一维异质结构的瞬态热整流效应

瞬态条件下的热整流有广阔的实际应用背景,本文建立了一维板状复合结构热整流器的瞬态热整流模型,并利用有限元方法研究了不同恒定热阻、不同界面间隙、周期性温度边界条件以及材料和几何参数对瞬态热整流效果的影响规律.研究结果表明,界面热阻的存在可以提高系统的瞬态热整流系数,而初始界面间隙的引入让瞬态热整流系数实现了量级的飞跃.通过几何以及材料参数的合理设置有利于优化结构的热整流效果,针对周期性高温边界条件,温差和频率的变化可进一步提升复合结构的热整流系数.本文所提出热整流机制可以指导瞬态下热整流器的优化设计.     

多壁碳纳米管长度对导热硅脂导热性能的影响

本文以多壁碳纳米管为添加材料用于改善导热硅脂的导热性能,分别研究了碳纳米管长度和碳管表面改性对硅脂热性能的影响。结果表明碳管长度对硅脂的热性能有明显影响,硅脂的导热性能会随着添加的MWCNT长度的增加而降低,只有当MWCNT的长度小于一定值后,才能有效提高硅脂的导热性能,否则可能会产生相反的效果。碳管表面的功能化处理能提高硅脂的导热性能。透射电子显微镜分析表明,经过表面改性的MWCNT表面发生明显变化,功能团的附着使得碳管之间的分散性增强,从而使添加了改性后的MWCNT/硅脂导热系数增大,热阻降低。     

热迁移对Cu/Sn/Cu焊点液-固界面Cu6Sn5生长动力学的影响

电子封装技术中, 微互连焊点在一定温度梯度下将发生金属原子的热迁移现象, 显著影响界面金属间化合物的生长和基体金属的溶解行为. 采用Cu/Sn/Cu焊点在250℃和280℃下进行等温时效和热台回流, 对比研究了热迁移对液-固界面Cu₆Sn₅生长动力学的影响. 等温时效条件下, 界面Cu₆Sn₅生长服从抛物线规律, 由体扩散控制. 温度梯度作用下, 焊点冷、热端界面Cu₆Sn₅表现出非对称性生长, 冷端界面Cu₆Sn₅生长受到促进并服从直线规律, 由反应控制, 而热端界面Cu₆Sn₅生长受到抑制并服从抛物线规律, 由晶界扩散控制. 热端Cu 基体溶解到液态Sn中的Cu原子在温度梯度作用下不断向冷端热迁移, 为冷端界面Cu₆Sn₅的快速生长提供Cu 原子通量. 计算获得250℃和280℃下Cu原子在液态Sn中的摩尔传递热Q^*分别为14.11和14.44 kJ/mol, 热迁移驱动力F_L分别为1.62×10^-19和1.70×10^-19 N.     

带孔硅纳米薄膜热整流及声子散射特性研究

本文基于非平衡的分子动力学模拟方法计算了带有三角形孔的硅纳米薄膜的界面热阻特性,结果表明300-1100 K范围内随着热流方向的改变,在含有三角形孔的硅纳米薄膜中存在热整流效应,热整流系数达28％.同时借助于声子波包动力学模拟方法,获得了不同频率下的纵波声子在三角形孔处的散射特性,结果表明纵波声子在散射过程中产生了横波声子,并且从三角形底部向顶部入射的声子能量透射系数比反向时平均低22％.不对称结构引起的声子透射率的差异是引起热整流效应的主要因素.     

基于纳米点嵌入的界面导热性能优化

调节界面热导(ITC)是纳米电子器件热管理的关键任务.本文采用非平衡态分子动力学方法研究了在界面处嵌入锡(Sn)纳米点对硅锗(Si/Ge) ITC的影响.研究发现,在声子弹性和非弹性两种竞争机制下ITC随Sn纳米点的数量的增加先升后降,在嵌入4个Sn纳米点时达到顶峰,ITC是完美界面(无纳米点嵌入)时的1.92倍.通过计算声子透射函数和态密度可以知道,ITC增加的原因是声子的非弹性散射得到加强,增强的非弹性声子散射为界面声子输运打开了新的通道.随着纳米点数量增加到一定值时,声子的弹性散射逐渐占据主导地位,ITC开始降低.     

N型槽栅金属-氧化物-半导体场效应晶体管抗热载流子效应的研究

用二维器件仿真软件MEDICI模拟分析了N型槽栅金属-氧化物-半导体场效应晶体管的热载流 子特性及其对器件性能所造成的损伤,并与相应常规平面器件进行了比较,同时用器件内部 物理量的分布对造成两种结构器件特性不同的原因进行了解释.结果表明槽栅器件对热载流 子效应有明显的抑制作用,但槽栅器件对热载流子损伤的反应较平面器件敏感. 关键词： 槽栅MOSFET 热载流子效应 界面态 特性退化