HfO 2 薄膜熱特性的分子動(dòng)力學(xué)模擬與實(shí)驗(yàn)研究
發(fā)布時(shí)間:2024-11-10 08:38
HfO2薄膜被廣泛應(yīng)用于微電子、光學(xué)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(cè)試成為亟待解決的問(wèn)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(duì)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(dòng)力學(xué)模擬的方法對(duì)不同物相的HfO2薄膜的熱導(dǎo)率進(jìn)行了探究,計(jì)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(dǎo)熱系數(shù)。模擬結(jié)果表明:單斜相HfO2的熱導(dǎo)率為0.49-1.20W/mK,立方相HfO2的熱導(dǎo)率為1.31-1.96W/mK,而非晶態(tài)HfO2的熱導(dǎo)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(dǎo)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(qiáng)度隨溫度的升高表現(xiàn)出相對(duì)不同的變化造成的。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法研究了不同條件下HfO2...
【文章頁(yè)數(shù)】:75 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.4 研究目的與研究?jī)?nèi)容
2 HfO2薄膜熱特性研究方法
2.1 分子動(dòng)力學(xué)方法
2.1.1 分子動(dòng)力學(xué)基本原理
2.1.2 分子動(dòng)力學(xué)模擬基本步驟及相關(guān)軟件
2.1.3 分子動(dòng)力學(xué)模擬關(guān)鍵技術(shù)
2.1.4 熱導(dǎo)率的分子動(dòng)力學(xué)模擬方法
2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試原理
2.2.1 測(cè)試方法介紹
2.2.2 瞬態(tài)熱反射法測(cè)試原理及實(shí)驗(yàn)裝置
2.2.3 測(cè)試參數(shù)的選取
3 HfO2薄膜熱導(dǎo)率的分子動(dòng)力學(xué)模擬
3.1 晶體模型構(gòu)建與計(jì)算方法
3.1.1 模型構(gòu)建
3.1.2 勢(shì)函數(shù)
3.1.3 模擬過(guò)程與計(jì)算
3.2 非晶模型構(gòu)建與計(jì)算方法
3.2.1 HfO2熔點(diǎn)的確定
3.2.2 非晶模型的構(gòu)建
3.2.3 模擬過(guò)程與計(jì)算
3.3 模擬結(jié)果與分析
3.3.1 HfO2薄膜熱導(dǎo)率的尺度特性
3.3.2 溫度對(duì)HfO2熱導(dǎo)率的影響
3.4 無(wú)限長(zhǎng)HfO2薄膜熱導(dǎo)率的計(jì)算
3.5 本章小結(jié)
4 HfO2/SiO2界面熱阻的分子動(dòng)力學(xué)模擬
4.1 模型構(gòu)建與計(jì)算方法
4.1.1 模型構(gòu)建
4.1.2 勢(shì)函數(shù)
4.1.3 模擬過(guò)程
4.2 模擬結(jié)果與分析
4.2.1 界面形態(tài)對(duì)界面熱阻的影響
4.2.2 溫度對(duì)界面熱阻的影響
4.3 本章小結(jié)
5 HfO2薄膜熱導(dǎo)率與界面熱阻的實(shí)驗(yàn)測(cè)量
5.1 測(cè)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(shí)驗(yàn)的誤差分析
5.5 HfO2薄膜熱導(dǎo)率的測(cè)試
5.5.1 晶體HfO2熱導(dǎo)率
5.5.2 非晶HfO2熱導(dǎo)率
5.6 測(cè)試結(jié)果與理論分析
5.7 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
本文編號(hào):4011780
【文章頁(yè)數(shù)】:75 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.4 研究目的與研究?jī)?nèi)容
2 HfO2薄膜熱特性研究方法
2.1 分子動(dòng)力學(xué)方法
2.1.1 分子動(dòng)力學(xué)基本原理
2.1.2 分子動(dòng)力學(xué)模擬基本步驟及相關(guān)軟件
2.1.3 分子動(dòng)力學(xué)模擬關(guān)鍵技術(shù)
2.1.4 熱導(dǎo)率的分子動(dòng)力學(xué)模擬方法
2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試原理
2.2.1 測(cè)試方法介紹
2.2.2 瞬態(tài)熱反射法測(cè)試原理及實(shí)驗(yàn)裝置
2.2.3 測(cè)試參數(shù)的選取
3 HfO2薄膜熱導(dǎo)率的分子動(dòng)力學(xué)模擬
3.1 晶體模型構(gòu)建與計(jì)算方法
3.1.1 模型構(gòu)建
3.1.2 勢(shì)函數(shù)
3.1.3 模擬過(guò)程與計(jì)算
3.2 非晶模型構(gòu)建與計(jì)算方法
3.2.1 HfO2熔點(diǎn)的確定
3.2.2 非晶模型的構(gòu)建
3.2.3 模擬過(guò)程與計(jì)算
3.3 模擬結(jié)果與分析
3.3.1 HfO2薄膜熱導(dǎo)率的尺度特性
3.3.2 溫度對(duì)HfO2熱導(dǎo)率的影響
3.4 無(wú)限長(zhǎng)HfO2薄膜熱導(dǎo)率的計(jì)算
3.5 本章小結(jié)
4 HfO2/SiO2界面熱阻的分子動(dòng)力學(xué)模擬
4.1 模型構(gòu)建與計(jì)算方法
4.1.1 模型構(gòu)建
4.1.2 勢(shì)函數(shù)
4.1.3 模擬過(guò)程
4.2 模擬結(jié)果與分析
4.2.1 界面形態(tài)對(duì)界面熱阻的影響
4.2.2 溫度對(duì)界面熱阻的影響
4.3 本章小結(jié)
5 HfO2薄膜熱導(dǎo)率與界面熱阻的實(shí)驗(yàn)測(cè)量
5.1 測(cè)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(shí)驗(yàn)的誤差分析
5.5 HfO2薄膜熱導(dǎo)率的測(cè)試
5.5.1 晶體HfO2熱導(dǎo)率
5.5.2 非晶HfO2熱導(dǎo)率
5.6 測(cè)試結(jié)果與理論分析
5.7 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
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本文編號(hào):4011780
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