微尺度下硅锗合金热导率的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学(NEMD)方法研究了微尺度下硅锗合金的热导率变化情况.结果表明,硅锗合金热导率具有明显的尺寸效应,显著小于大体积晶体的实验值;并且受边界散射效应的影响,热导率值随硅锗原子百分比的不同发生变化;同时热导率随温度的升高而增大,与实验值比较大致吻合.     

不同周期结构硅锗超晶格导热性能研究

构造了均匀、梯度、随机3种不同周期分布的硅/锗(Si/Ge)超晶格结构.采用非平衡分子动力学(NEMD)方法模拟了硅/锗超晶格在3种不同周期分布下的热导率,并研究了样本总长度和温度对热导率的影响.模拟结果表明:梯度和随机周期Si/Ge超晶格的热导率明显低于均匀周期结构超晶格;在不同的周期结构下,声子分别以波动和粒子性质输运为主;均匀周期超晶格热导率具有显著的尺寸效应和温度效应,而梯度、随机周期Si/Ge超晶格的热导率对样本总长度和温度的依赖性较小.     

700℃退火下铝调制镍硅锗薄膜的外延生长机理

文章研究了在700℃退火下,铝插入层调制镍和硅锗合金反应形成单相镍硅锗化物的生长机理.透射电镜测试结果表明,镍硅锗薄膜和硅锗衬底基本达到赝晶生长;二次质谱仪和卢瑟福沟道背散射测试结果表明,在镍硅锗薄膜形成的过程中,铝原子大部分移动到镍硅锗薄膜的表面.研究结果表明,铝原子的存在延迟了镍和硅锗合金的反应,镍硅锗薄膜的热稳定性和均匀性都得到了提高.最后,基于上述实验结果给出了铝原子调制形成外延镍硅锗薄膜的生长机理.     

多孔硅锗的制备及其近红外发光增强

用激光照射辅助电化学刻蚀硅锗合金样品能够形成多种低维纳米结构。在硅锗合金上形成的多孔状结构在波长为725 nm处有很强的光致发光(PL)峰,PL的增强效应不能单独用量子受限模型来解释。我们提出新的模型来解释这种低维纳米结构的PL增强效应。     

二元室温金属流体热导率的理论计算与实验研究

室温金属流体在芯片散热领域中正日益显示重要价值,但相关材料的热物性比较缺乏.本文基于Faber-Ziman理论和Wiedemann-Franz-Lorenz定律,采用Ashcroft-Langrethp硬球模型偏结构因子以及空核心模型赝势计算了液态二元镓铟及钠钾合金的热导率.结果表明:相比于钠钾合金的热导率随原子组分浓度呈抛物线变化,镓铟合金的热导率与原子组分浓度呈单调变化关系,同时镓铟合金的热导率随着温度升高而升高.作为对比,本文同时也对镓铟合金的热导率进行了实验测定.结合所获数据及钠钾合金文献数据对比,表明计算结果与实验值符合得较好.本文工作为进一步研究二元合金热导率打下了基础.     

多约束纳米结构的声子热导率模型研究

纳米技术的快速发展使得对微纳尺度导热机理的深入研究变得至关重要. 理论和实验都表明, 在纳米尺度下声子热导率将表现出尺寸效应. 基于声子玻尔兹曼方程和修正声子平均自由程的方法得到了多约束纳米结构的声子热导率模型, 可以描述多个几何约束共同作用下热导率的尺寸效应. 不同几何约束对声子输运的限制作用可以分开计算, 总体影响则通过马西森定则进行耦合. 对于热流方向的约束, 采用扩散近似的方法求解声子玻尔兹曼方程; 对于侧面边界约束, 采用修正平均自由程的方法计算边界散射对热导率的影响. 得到的模型能够预测纳米薄膜(法向和面向)及有限长度方形纳米线的热导率随相应特征尺寸的变化. 与蒙特卡罗模拟及硅纳米结构热导率实验值的对比验证了模型的正确性.     

基于Franz-Keldysh效应的倏逝波锗硅电吸收调制器设计

本文设计了一种基于Franz-Keldysh (FK) 效应的GeSi电吸收调制器. 调制器集成了脊形硅单模波导. 光由脊形硅波导以倏逝波形式耦合进锗硅吸收层. 在硅基锗二极管FK效应实验测试的基础上, 有源区调制层锗硅中的硅组分设计为1.19%, 从而使得器件工作在C (1528–1560 nm) 波段. 模拟结果显示该调制器的3 dB带宽可达64 GHz, 消光比为8.8 dB, 而插损仅为2.7 dB. 关键词： 锗硅 调制器 电光集成     

新型硅基IV族合金材料生长及光电器件研究进展(特邀)

硅基IV族锗锡和锗铅合金材料带隙随组分可调,并可转变成直接带隙半导体材料,是研制硅基红外探测和发光器件的理想材料。本文首先介绍锗锡和锗铅材料外延生长工作,然后对锗锡光电器件的研究进展进行回顾和讨论。其中,随着锗锡合金中锡组分增加,锗锡光电探测器往高响应度和长探测截止波长方向发展;锗锡激光器的研究则集中在降低激射阈值、提高激射温度和电泵浦方面。本文还对锗铅材料和光电器件的研究进展进行简要介绍和展望。随着硅基高效光源和探测器研究的不断深入,IV族合金材料在硅基红外光电集成领域将继续展现重要的应用价值。     

随机硅–锗超晶格高通量筛选和热导率优化

低维热电材料往往可以通过降低声子热导率实现其热电性能的提升。由两种材料交替生长获得的超晶格薄膜较单一材料薄膜具有更低的热导率,通过改变材料的厚度排布,随机排列的非周期性超晶格甚至可以实现更低的热导率。本文基于非平衡分子动力学模拟计算了硅和锗薄膜热导率和非对称界面热阻,构建了随机硅–锗超晶格热导率的数值拟合等效介质模型。引入邻间因子和修正函数后,获得了可以更为准确预测随机排列硅–锗超晶格热导率的修正等效介质模型。将此模型与遗传算法相结合,可以对大量随机超晶格结构进行高通量筛选,实现了热导率的快速优化。结果表明,即使总厚度大的超晶格最低热导率仍能维持在1.4～1.8 W·m^-1·K^-1,平均周期厚度稳定在2.0～2.5 nm。     

基于微拉曼光谱技术的氧化介孔硅热导率研究

利用基于有效介质理论的介孔硅传热机理，提出一个用于分析氧化介孔硅热导率的理论模型，对影响氧化介孔硅有效热导率的因素进行了理论分析，得出用于计算氧化介孔硅有效热导率的计算公式. 采用双槽电化学腐蚀法制备介孔硅，利用微拉曼光谱技术研究了氧化介孔硅热导率随所制备介孔硅孔隙率的变化规律，比较了经不同温度处理的氧化介孔硅的导热性能差异. 孔隙率为60%，73.4%和78.8%的所制备介孔硅经300℃氧化处理后，其热导率值为8.625W/(m·K)，3.846W/(m·K)和1.817W/(m·K)；孔隙率为73.4