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1、第12卷第3期納米技術(shù)與精密I程V01．12No．32014年5月NanOtechn0l0gyandPrecisionEngineeringM2014DOI10．13494／j．npe．20130086硅薄膜導(dǎo)熱系數(shù)微尺度效應(yīng)的臨界尺寸蘇高輝，楊自春，孫豐瑞(1．海軍工程大學(xué)艦船高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料研究室，武漢430033；2．海軍T程大學(xué)動力工程學(xué)院，武漢430033)摘要：基于灰介質(zhì)假設(shè)及擬合的色散關(guān)系，采用蒙特卡洛方法對微納米硅薄膜內(nèi)的聲子熱輸運(yùn)特性進(jìn)行了模擬．將3m厚的硅薄膜導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)
2、果進(jìn)行了對比，二者吻合較好．分析了厚度對薄膜內(nèi)溫度場及導(dǎo)熱系數(shù)的影響．結(jié)果表明，3"-厚度小于某一尺度時(shí)，薄膜導(dǎo)熱系數(shù)會隨著厚度的減小而降低，呈現(xiàn)尺度效應(yīng)；薄膜內(nèi)溫度場也不再是線性分布，而是在邊界處呈現(xiàn)階躍特性，且隨著厚度減小，溫度階躍增大．基于該方法求得了100～400K溫度區(qū)間內(nèi)，硅薄膜法向?qū)嵯禂?shù)出現(xiàn)明顯尺度效應(yīng)的臨界尺寸．計(jì)算發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，臨界尺寸變化范圍很大，平均溫度為100K時(shí)，臨界尺寸約為50m，平均溫度為400K時(shí)，臨界尺寸約為2．5m，前后相差了一個(gè)數(shù)量級．關(guān)鍵詞：硅薄膜；蒙特卡
3、洛方法；導(dǎo)熱系數(shù)；聲子熱輸運(yùn)；尺度效應(yīng)中圖分類號：TK124文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1672-6030(2014)03—0176—06CriticalSizef0rMicroscaleEffect0fSiliconFilmThermalConductivity—SuGaohui一，YangZichun一，SunFengmi(1．InstituteofHighTemperatureStructuralCompositeMaterialsforNavalShip，NavalUniversityofEngine
4、ering，Wuhan430033，China；2．CollegeofPowerEngineering，NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033，China)Abstract：Basedonthegraymediaapproximationandthefitteddispersionrelation，thephononheattransportinmicro—nanosiliconfilmswassimulatedwiththeMonteCarlomethod．Th
5、epredictedthermalconductivity(TC)ofsiliconfilmwith3txmthicknesswasingoodagreementwithliteratureresults．Theeffectofthethicknessonthetemperaturefieldandcross．planeTCofthesiliconfilmswasanalyzed．TheresultsshowthatwhenthethicknessiSlessthanacertainscale．theTC
6、ofthefilmdecreaseswiththede．creaseinthickness，whichexhibitsscaleeffect：thetemperaturefieldisnotinlineardistribution．butshowsdiscontinuouscharacteristicsattheboundary．a(chǎn)ndasthethicknessdecreases，thetemperaturedis—continuitydegreeinereases．Thecriticalsizeatw
7、hichTCbeginstoshowobviousscaleeffectwasobtainedatthetemperaturerangebetween100Kand400K．Calculatedresultsshowthatasthetemperaturein。creases，thecriticalsizedecreasessharply．Whentheaveragetemperatureis100Kthecriticalsizeis，about50m；whentheaveragetemperaturei
8、s400K，thecriticalsizeisabout2．5I．zm，whichshowsadifferenceofanorderofmagnitude．Keywords：siliconfilm；MonteCarlomethod；thermalconductivity；phononheattransport；scaleeffect近年來，微電子、光電子、熱電材料、微／納機(jī)電系熱設(shè)計(jì)、熱管理和熱優(yōu)化問題¨j．研究微尺度環(huán)境下統(tǒng)
