低溫下幾種半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)熱輸運(yùn)性質(zhì)的研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微加工技術(shù)的飛速發(fā)展，器件的特征尺寸已經(jīng)進(jìn)入到納米尺度。納米器件由于其新穎的物理性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用前景已成為世界各國追求的新型器件。然而，納米器件的極小尺寸使得其消耗的功耗密度成倍增加，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量。因此，散熱在納米器件的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中變得尤為重要。本論文根據(jù)Landauer輸運(yùn)原理和散射矩陣計(jì)算方法研究了低溫下一維納米材料的熱輸運(yùn)性質(zhì)，獲得了一些有意義的結(jié)果。
　　 首先，在混合模式（P模和SV模）下，

2、采用彈性連續(xù)性模型，研究了P波入射雙T型納米結(jié)構(gòu)的聲子輸運(yùn)透射系數(shù)和熱輸運(yùn)特點(diǎn)，比較了SH波入射跟P波入射的熱輸運(yùn)。結(jié)果表明T型側(cè)面端線對(duì)聲子輸運(yùn)影響最大，耦合長度的影響最小;模轉(zhuǎn)換的最低約化頻率都是在ω/Δ=0.70處，跟幾何參數(shù)無關(guān);低頻段的聲子透射規(guī)律主要是由P模來決定，在較高的約化頻段內(nèi)，主要由模轉(zhuǎn)換激發(fā)的SV波或者是SV波跟P波共同決定;在溫度T→0的極限下，熱導(dǎo)趨向于普適的量子化值π2k2BT/3h，跟納米腔的幾何參數(shù)無關(guān)。

3、不管是P波入射還是SH波入射雙T型納米結(jié)構(gòu)，幾何參數(shù)的微小變化都能引起熱導(dǎo)的不同改變，但量子點(diǎn)的高度對(duì)SH模的影響最強(qiáng)烈。此外，模轉(zhuǎn)換對(duì)熱導(dǎo)的影響也很大，特別是在高溫時(shí)混合模比單模的耦合作用更明顯。
　　 接著，我們研究了寬-窄結(jié)構(gòu)的聲子腔對(duì)聲子輸運(yùn)的調(diào)制作用。一方面研究了兩熱庫固定時(shí)，單聲子腔對(duì)納米量子線熱輸運(yùn)的調(diào)制。結(jié)果表明腔的引入導(dǎo)致透射系數(shù)急劇下降且在高頻范圍內(nèi)更明顯;僅在0模中觀察到共振透射現(xiàn)象，共振透射峰的位置和密度

4、取決于入射聲子頻率和結(jié)構(gòu)參數(shù);腔的橫向?qū)挾仍酱?，模轉(zhuǎn)換就越強(qiáng)，透射系數(shù)譜越復(fù)雜。熱輸運(yùn)研究發(fā)現(xiàn)在T→0時(shí)模轉(zhuǎn)換很小，起決定作用的是P波0模，但是在高溫區(qū)，模轉(zhuǎn)換對(duì)熱導(dǎo)的貢獻(xiàn)卻有著重要的影響。此外，聲子腔在兩個(gè)熱庫中的位置也對(duì)聲子熱輸運(yùn)有很大的影響:當(dāng)溫度較低時(shí)，熱輸運(yùn)曲線關(guān)于兩熱庫的中心對(duì)稱，溫度較高時(shí)，對(duì)稱性消失而呈現(xiàn)出不規(guī)則的振蕩。另一方面，我們還研究了均勻分布的多聲子腔對(duì)量子線熱輸運(yùn)的影響。結(jié)果表明:不管是聲子的透射譜還是熱輸運(yùn)譜

5、，都有自相似性的特點(diǎn)，聲子腔的數(shù)目越多，自相似性的特點(diǎn)就越明顯。同時(shí)，聲子腔的寬度、高度、聲子耦合長度及聲子腔的數(shù)目影響聲子透射譜的周期性或者準(zhǔn)周期性的變化規(guī)律。這樣我們可以通過改變聲子腔的幾何參數(shù)數(shù)目來來調(diào)節(jié)聲子的透射輸運(yùn)譜線及熱輸運(yùn)大小。
　　 然后，我們研究了聲子在對(duì)稱與非對(duì)稱Y分支三端口半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)中的聲子透射系數(shù)和聲子熱輸運(yùn)特點(diǎn)。結(jié)果表明:聲子通過兩種類型的Y分支半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)時(shí)，0模聲子模分離現(xiàn)象很明顯，而1模的模

6、分離現(xiàn)象只在某些區(qū)域段才表現(xiàn)出來，有些區(qū)域出現(xiàn)了交替現(xiàn)象，表現(xiàn)出跟SH模不一樣的模分離現(xiàn)象。通過研究對(duì)稱Y分支結(jié)構(gòu)中的聲子透射系數(shù)和聲子熱輸運(yùn)跟對(duì)稱性系數(shù)s的關(guān)系，我們發(fā)現(xiàn):當(dāng)對(duì)稱性系數(shù)恒定時(shí)，溫度越高，則熱分流現(xiàn)象就越明顯;且當(dāng)溫度一定時(shí)，熱分流現(xiàn)象隨著對(duì)稱性系數(shù)s的增大而減小。除了觀察到了模分離行為和熱分流現(xiàn)象之外，我們還觀察到了共振透射和非整數(shù)化量子熱導(dǎo)，兩種類型的Y分支結(jié)構(gòu)都能夠做聲子的模分離器或者是熱分流器。
　　 最