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Geometrical quasi-ballistic effects on thermal transport in nanostructured devices

Nano Research 2021年第4期14卷 945-952页

作者： Sami Alajlouni Albert Beardo lluc sendra Amirkoushyar Ziabari Javier Bafaluy Juan Camacho Yi Xuan F.Xavier Alvarez Ali Shakouri Birck Nanotechnology Center Purdue UniversityWest LafayetteIndiana 47907USA Department of electrical and computer engineering Purdue UniversityWest LafayetteIndiana 47907USA Department of physics Universitat Autonoma de BarcelonaBellaterra 08193CataloniaSpain Oak Ridge National Laboratory Oak RidgeTennessee 37831USA R&D Staff Scientist ImagingSignals and Machine LearningTennessee 37831USA

We employ thermoreflectance thermal imaging to directly measure the steady-state two-dimensional(2D)temperature field generated by nanostructured heat sources deposited on silicon substrate with different geometrical configurations and characteristic sizes down to *** analysis of the results using Fourier's law not only breaks down as size scales down,but it alsofails to capture the impact of the geometry of the heat *** substrate effective Fourier thermal conductivities fitted to wire-shaped and circular-shaped structures with identical characteristic lengths are found to display up to 40%***,a hydrcxjynamic heat transport model reproduces the observed temperature fields for all device sizes and shapes using just intrinsic Si parameters,i.e.,a geometry and size-independent thermal conductivity and nonlocal length *** hydrodynamic model provides insight into the observed thermal response and of the contradictory Fourier *** discuss the substantial Silicon hydrodynamic behavior at room temperature and contrast it to InGaAs,which shows less hydrodynamic effects due to dominant phonon-impurity scattering.

关键词： phonon hydrodynamics nanoscale heat transfer quasi-ballistic transport silicon

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