【摘要】：隨著電子元器件的發(fā)展進入納米尺度,器件中的能量密度不斷提高,散熱問題已經(jīng)是阻礙元器件發(fā)展的一個重要問題,探究微納米尺度下材料的傳熱性質(zhì)以及尋求主動調(diào)控的方法已經(jīng)成為當(dāng)下熱門的研究課題。本文通過實驗的方法研究了多種不同材料之間的熱傳導(dǎo)以及利用分子動力學(xué)模擬研究了如何主動調(diào)控黑磷納米帶的熱傳導(dǎo),為使用微納米材料時實現(xiàn)更高效率的熱量控制和管理提供了理論參考。搭建了飛秒激光瞬態(tài)熱反射實驗平臺用以測量熱學(xué)參數(shù)。在這一技術(shù)中,利用飛秒激光器發(fā)出的脈沖激光來研究不同材料之間的熱傳導(dǎo),一束脈沖激光經(jīng)過分束器被分成兩束功率不同的激光,較強的一束激光經(jīng)過調(diào)制之后聚焦在樣品表面;較弱的一束激光經(jīng)過延時位移臺之后到達加熱區(qū)域?qū)悠繁砻鏈囟冗M行探測,因為樣品的表面溫度與基底和界面將緊密相關(guān),所以利用相關(guān)的熱學(xué)模型可以測量出未知參數(shù)。為了研究材料調(diào)制對熱傳導(dǎo)的影響,制備了Al/SiO_2、Au/SiO_2和Al/GaN三組樣品用來研究相同基底不同薄膜和相同薄膜不同基底這兩種情況下熱傳導(dǎo)的情況。利用DMM模型很好的將界面熱導(dǎo)、聲子透射率以及熱擴散率比值聯(lián)系起來,初步解釋了聲子在界面處的活動,界面熱導(dǎo)值越大,熱擴散率比值也就越大,同時薄膜聲子速度與基底聲子速度之比會下降。為了研究界面調(diào)制對熱傳導(dǎo)的影響,在界面處加入了石墨烯后探究熱量的傳導(dǎo)。結(jié)果表明經(jīng)過石墨烯調(diào)制之后界面熱導(dǎo)下降了一半,這主要是由于石墨烯的介入會增加聲子散射。通過對黑磷納米帶施加拉伸應(yīng)變來對熱傳導(dǎo)進行主動調(diào)控。無論是在扶手椅型方向上還是在之字型方向上,黑磷納米帶拉伸之后熱導(dǎo)率都會增大,相比較之字型方向而言,扶手椅型方向上的熱導(dǎo)率變化率較大。對于施加同樣的應(yīng)變,扶手椅型方向上熱導(dǎo)率的增速明顯大于之字型方向上熱導(dǎo)率的增速。拉伸應(yīng)變會導(dǎo)致聲子態(tài)密度以及平均自由程的變化,從而引起熱導(dǎo)率的變化。
【圖文】：

微納米制造技術(shù)在微機電系統(tǒng)(Micro Electro 米材料加工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其中，MEMS 在半導(dǎo)體廣泛的前景，它能夠?qū)㈦娮釉骷械男酒苫粩喟l(fā)展，此外，通過加工制造使得機械構(gòu)件、驅(qū)動微型系統(tǒng)也是 MEMS 當(dāng)前發(fā)展的趨勢。成電路和電子芯片的集成度隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)'s Law)表述：隨著制造技術(shù)的發(fā)展，集成電路上可容歷 18~24 個月，元器件的數(shù)量將會增加一倍，而且PU 功率隨時鐘頻率增加成指數(shù)形式增加[1]。Intel 公roadwell 芯片，這款芯片采用了 14nm 制程工藝，該代表著世界先進的制造水平，但同時也帶來了一個新的功耗問題。在如此小的面積上集成如此多的晶體管越來越大，許多芯片功率密度已經(jīng)達到 100W/cm2,如密度不相上下。在微小的芯片上，大量的能量散發(fā)度上影響芯片的性能與可靠性，當(dāng)芯片溫度進入到 ，，芯片的可靠性和整體性能將會下降 5%。在半導(dǎo)體十幾個原子大小，要想有效的控制熱量的傳遞就必須構(gòu)中的傳遞過程。

但熱量的傳遞卻只依靠其中的一部分聲子模心的聲學(xué)聲子以及光學(xué)聲子由于較低的聲子群速而，由于缺陷[3]以及晶界[4]的存在，聲子在傳輸?shù)倪^程子在無散射情況下行進的平均距離有關(guān)，即平均自由程熱導(dǎo)還與單位體積熱容以及熱運動的平均速度有關(guān)。代表的納米結(jié)構(gòu)中，由于界面密度高，所以在研究熱對傳熱的影響[5],而后可以具體研究界面處增加介質(zhì)到一般的納米材料，尋求應(yīng)變對傳熱的影響。熱傳導(dǎo)的研究現(xiàn)狀蘇聯(lián)科學(xué)家 Kapitza 在研究銅與液氦的熱運輸時發(fā)現(xiàn)：(包括固體-液體界面，固體-固體界面，固體-氣體界面，或者不連續(xù)而導(dǎo)致界面兩側(cè)溫度不連續(xù)。這種現(xiàn)象稱它的倒數(shù)也稱為 Kapitza 熱導(dǎo)也被稱為界面熱導(dǎo)。其表 = х 邊1到邊 2的凈熱流，單位為 W/m2K, 為界面熱導(dǎo)，單度差，單位為 K。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB301;TQ126.31

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本文編號：2631825