掺杂硅中声子散射的分子动力学模拟

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要当器件小到一定尺度时，实验测温方法将无法反映其微尺度传热机理，现代计算机的迅速发展使数值模拟技术成为研究此类器件微观导热机理的重要手段。声子导热是硅晶体中的主要导热微观机制，本文借助高性能计算机，利用分子动力学方法研究了掺杂点缺陷对硅中声子散射的过程，定量分析声子散射后的能量组成，透射能量多即定性理解失导热性好。另外，分拆了各参数对导热性的影响，其中重点考察了点缺陷原子质量对声子散射的影响，该研究对于深入认识点缺陷对晶格导热微观机制的影响有积极意义。本文模拟过程中，首先产生～个窄频率范圈的声子波包，建立分

2、子动力学模型，确定相关模拟参数，然后实施分子动力学模拟，最后对能量的透射率和反射率进行分析。研究结果在原子尺度上清楚地展示出目前实际实验无法展现的点缺陷影响声子散射的演化过程，可以直观地看到能量的透射、反射和在掺杂区的滞留及逐渐释放。研究表明，点缺陷的存在会在特定声子频率区萼

3、起共振，使透射率显著减少。入射声子频率越大，透射率降低得越明显。随掺杂浓度的增加，共振起始频率减小，共振区域有扩大的趋势，但最大麸振的频率值不变。在同样频率和浓度下，掺杂原子质量越大，透射率下降越明显，将使导热性下降越大。逶过研究纵声学(㈧和横声学疆A)模式声

4、予能量发现，警掺杂原子质量较轻时，王A模式声予能量总是大予TA模式声子能量。掺杂原子质量较大时情况则比较复杂，在频率小于共振频率时，总透射能量主要由LA声予贡献；但是在共振区和大于共振区的频率范围内，TA模式声予不能再被忽略，有臻显掀到TA声予模式的转变，且TA模式声子所占的比例随掺杂原子质量增加而变大，甚至出现了LA模式声子能量小于TA模式声子能量的情形。根据纯硅的声予色散图可以得知LA模式声子比TA模式声子具有较大的群速度，在相月透射能量的情况下，LA模式声子能量越多对材料热导率的提高越有利，在分析材料导热微观机制时应予戬充分考

5、虑。关键词：掺杂硅；声子散射；分子动力学；共振掺杂硅中声子散射的分子动力学模拟PhononScatteringinDopedSiliconbyMolecularDynamicsSimulationAbstractWhendeviceiSsmallenoughtoacertainscale，theexperimentalmeasurementiSnotabletoreflectthemicrocosmicmechanismofheattransfer，SOnumericalsimulationtechnologybecomesanim

6、portantmeanstostudythesemechanismswiththerapiddevelopmentofmodemcomputersimulationtechnology．Phononsplayagreatroleinthemicrocosmicmechanismofheattransferofsilicon，theprocessofphononscatteringindopedsiliconisstudiedbymoleculardynamicssimulationwithhi【ghperformancecomput

7、ersinthispaper，thenthecompositionofenergyisanalyzedafterscattering,inwhichthegreatertransmittedenergymeansthehighthermalconductivityqualitatively．Inaddition，someparametersontheeffectsofthermalconductivityaretakenintoconsideration，especiallytheatomicmassofdopants，Theser

8、esultscouldbesignificantfordeepunderstandingoftheeffectofmicrocosmicmechanismofpointdefectonlatticeheattransfer．Thestepsofsimulationprocessareasfollows：firstlygeneratingthephononwavepacketwithwell—definedfrequency，buildingmoleculardynamicsmodelanddeterminingrelatedpara

9、meters，andthenperformingthesimulation，finallyanalyzingthetransmittedandreflectedenergyquantitatively．Theevolutionofph