硅薄膜导热系数微尺度效应的临界尺寸

摘要

基于灰介质假设及拟合的色散关系,采用蒙特卡洛方法对微纳米硅薄膜内的声子热输运特性进行了模拟.将3 μm厚的硅薄膜导热系数的计算结果与文献结果进行了对比,二者吻合较好.分析了厚度对薄膜内温度场及导热系数的影响.结果表明,当厚度小于某一尺度时,薄膜导热系数会随着厚度的减小而降低,呈现尺度效应;薄膜内温度场也不再是线性分布,而是在边界处呈现阶跃特性,且随着厚度减小,温度阶跃增大.基于该方法求得了100 ～ 400 K温度区间内,硅薄膜法向导热系数出现明显尺度效应的临界尺寸.计算发现,随着温度的升高,临界尺寸变化范围很大,平均温度为100 K时,临界尺寸约为50 μm,平均温度为400 K时,临界尺寸约为2.5 μm,前后相差了一个数量级.