基于分子動(dòng)力學(xué)的氮化鋁熱導(dǎo)率的研究.pdf

1、近來(lái)，具有微小特征空間尺度和時(shí)間尺度的傳熱問(wèn)題備受研究者的關(guān)注，微尺度傳熱的研究不僅有助于利用低維結(jié)構(gòu)來(lái)提高熱電制冷效率，而且可以為MEMS、計(jì)算機(jī)芯片等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及熱優(yōu)化提供幫助。電介質(zhì)薄膜導(dǎo)熱特性嚴(yán)重影響著器件和系統(tǒng)的運(yùn)行性能和可靠性，探求薄膜的熱導(dǎo)率和熱輸運(yùn)規(guī)律，對(duì)于器件的熱管理和熱電藕合優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義。目前對(duì)于厚度為1～100nm之間的薄膜，熱導(dǎo)率的試驗(yàn)測(cè)試非常的困難。在該尺度下，分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬是有效的研究方法。本

2、文將用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，對(duì)氮化鋁體材料及薄膜材料的熱導(dǎo)率進(jìn)行深入的研究。 在納米尺度范圍內(nèi)，氮化鋁薄膜的熱導(dǎo)率的試驗(yàn)值和數(shù)值模擬結(jié)果都很缺乏，為了保證結(jié)果的可靠性，本文采用先體材料后薄膜材料的逐步逼近的研究方法。首先，采用平衡分子動(dòng)力學(xué)方法和周期性邊界條件模擬大體積氮化鋁材料的熱導(dǎo)率。在該平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬中，采用Stillinger-Weber勢(shì)函數(shù)和Green-Kubo線性響應(yīng)理論來(lái)計(jì)算氮化鋁體材料的熱導(dǎo)率。然后采用非平衡

3、分子動(dòng)力學(xué)方法及分別采用周期性邊界條件、固定邊界模型模擬納米尺度氮化鋁薄膜的熱導(dǎo)率。模擬結(jié)果和現(xiàn)有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合的較好，驗(yàn)證了程序的可靠性，證明了分子動(dòng)力學(xué)方法應(yīng)用在模擬微納米尺度薄膜導(dǎo)熱方面的可行性。最后，在上述分子動(dòng)力學(xué)模擬的基礎(chǔ)上，模擬了由于氧原子的存在引起的鋁空位(點(diǎn)缺陷)對(duì)氮化鋁材料熱導(dǎo)率的影響。 本文分別用平衡和非平衡分子動(dòng)力學(xué)方法研究了氮化鋁材料的法向熱導(dǎo)率。結(jié)果表明：大體積材料的熱流在模擬的時(shí)間范圍內(nèi)能夠很快馳豫