HfO₂薄膜被廣泛應(yīng)用于微電子、光學以及信息技術(shù)等高新技術(shù)領(lǐng)域,由于各種邊界效應(yīng)等因素的影響其熱特性參數(shù)通常與體材料有很大的不同。因此亞微米薄膜熱物性參數(shù)的測試成為亟待解決的問題,開展相關(guān)研究有利于提高器件的穩(wěn)定性與可靠性,而且對微尺度傳熱的理論發(fā)展具有十分重要的意義。本文采用分子動力學模擬的方法對不同物相的HfO₂薄膜的熱導率進行了探究,計算了溫度在200-600K,厚度在5.12-31.70nm范圍內(nèi)的單斜相、立方相以及非晶態(tài)HfO₂的導熱系數(shù)。模擬結(jié)果表明:單斜相HfO₂的熱導率為0.49-1.20W/mK,立方相HfO₂的熱導率為1.31-1.96W/mK,而非晶態(tài)HfO₂的熱導率為0.17-0.24W/mK。在模擬的尺度范圍內(nèi),不同物相的HfO₂薄膜熱導率均呈現(xiàn)出明顯的尺度效應(yīng),但表現(xiàn)出不同的溫度依賴性,這是由于熱容和聲子散射強度隨溫度的升高表現(xiàn)出相對不同的變化造成的。通過分子動力學模擬的方法研究了不同條件下HfO_2...

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 HfO₂性質(zhì)及應(yīng)用
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 研究目的與研究內(nèi)容
2 HfO₂薄膜熱特性研究方法
    2.1 分子動力學方法
        2.1.1 分子動力學基本原理
        2.1.2 分子動力學模擬基本步驟及相關(guān)軟件
        2.1.3 分子動力學模擬關(guān)鍵技術(shù)
        2.1.4 熱導率的分子動力學模擬方法
    2.2 實驗測試原理
        2.2.1 測試方法介紹
        2.2.2 瞬態(tài)熱反射法測試原理及實驗裝置
        2.2.3 測試參數(shù)的選取
3 HfO₂薄膜熱導率的分子動力學模擬
    3.1 晶體模型構(gòu)建與計算方法
        3.1.1 模型構(gòu)建
        3.1.2 勢函數(shù)
        3.1.3 模擬過程與計算
    3.2 非晶模型構(gòu)建與計算方法
        3.2.1 HfO₂熔點的確定
        3.2.2 非晶模型的構(gòu)建
        3.2.3 模擬過程與計算
    3.3 模擬結(jié)果與分析
        3.3.1 HfO₂薄膜熱導率的尺度特性
        3.3.2 溫度對HfO₂熱導率的影響
    3.4 無限長HfO₂薄膜熱導率的計算
    3.5 本章小結(jié)
4 HfO₂/SiO₂界面熱阻的分子動力學模擬
    4.1 模型構(gòu)建與計算方法
        4.1.1 模型構(gòu)建
        4.1.2 勢函數(shù)
        4.1.3 模擬過程
    4.2 模擬結(jié)果與分析
        4.2.1 界面形態(tài)對界面熱阻的影響
        4.2.2 溫度對界面熱阻的影響
    4.3 本章小結(jié)
5 HfO₂薄膜熱導率與界面熱阻的實驗測量
    5.1 測試樣品的制備
    5.2 數(shù)據(jù)擬合原理
    5.3 HfO₂薄膜表征
        5.3.1 AFM
        5.3.2 XRD
        5.3.3 XPS
    5.4 實驗的誤差分析
    5.5 HfO₂薄膜熱導率的測試
        5.5.1 晶體HfO₂熱導率
        5.5.2 非晶HfO₂熱導率
    5.6 測試結(jié)果與理論分析
    5.7 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
致謝



本文編號：4011780