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掺杂硅中声子散射的分子动力学模拟

掺杂硅中声子散射的分子动力学模拟

作者：周敏大连理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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为导热性好。另外,分析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,首先产生一个窄频率范围的声子波包,建立分子动力学模型,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引起共振,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,但最大共振的频率值不变。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。通过研究纵声学(LA)和横声学(TA)模式声子能量发现,当掺杂原子质量较轻时,LA模式声子能量总是大于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声子贡献;但是在共振区和大于共振区的频率范围内,TA模式声子不能再被忽略,有明显LA到TA声子模式的转变,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。根据纯硅的声子色散图可以得知LA模式声子比TA模式声子具有较大的群速度,在相同透射能量的情况下,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以充分考虑。

关键词：掺杂硅声子散射分子动力学共振

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钨与掺杂硅平板间的近场辐射换热研究

钨与掺杂硅平板间的近场辐射换热研究

作者：吴昊华中科技大学

学位级别：硕士

随着纳米技术,纳米制造工艺,微机电系统的飞速发展,传统传热学理论遭遇了极大的挑战。微/纳米尺度下物体的热辐射性质与宏观尺度下的有着极大的差别。传统的辐射理论已经不能解释微/纳米尺度下的诸多现象,如光子隧道效应等等。因此,近... 详细信息

随着纳米技术,纳米制造工艺,微机电系统的飞速发展,传统传热学理论遭遇了极大的挑战。微/纳米尺度下物体的热辐射性质与宏观尺度下的有着极大的差别。传统的辐射理论已经不能解释微/纳米尺度下的诸多现象,如光子隧道效应等等。因此,近场热辐射作为一个新兴的课题,得到了极大的关注。本文从麦克斯韦方程组和波动耗散理论出发,采用电磁理论描述物体内部偶极子随机热扰动辐射出的波动电磁场,并介绍了倏逝波和表面极化激元以及其对近场热辐射的贡献,然后通过求解并矢格林函数得到计算半无限大平板和薄膜间热流辐射密度的公式。接着计算了钨和硅平板间的近场辐射换热。这两种材料都是非常普遍和有代表性的。本文探讨了距离、偏振波、温度、掺杂浓度对于辐射热流密度分布的影响。当硅的掺杂浓度上升时,近场辐射热流密度中出现了一个新的峰值。这个位于低角频率的峰值是由表面等离子激元(SPPs)引起的,峰值的值达到了高角频率下峰值的数量级。其性质随后得到了讨论。最后探讨了通过薄膜来调节近场辐射热流密度分布的可能。结果揭示了薄膜的厚度极大地影响着热流密度的分布。钨为薄膜和硅为薄膜时对计算结果的影响各不相同。进一步的,基于实际应用的考虑,研究了在硅的底部加入了一个金属基底时的情况。这个基底可用来支撑硅,或是作为一个热管理系统调节硅的温度。计算结果对进一步的研究具有指导意义。

关键词：近场辐射换热钨掺杂硅平行平板

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N型重掺杂硅微细电火花加工试验研究

N型重掺杂硅微细电火花加工试验研究

作者：赵尔近南京航空航天大学

学位级别：硕士

由于半导体材料具有独特的光电性质，在微机电系统领域有着广泛的应用。但是，半导体材料，例如硅，具有硬、脆特性，很难进行机械加工。电火花加工是一种非接触式特种加工方法，与材料的硬脆特性无关。针对N型重掺杂硅的高深宽比微细... 详细信息

由于半导体材料具有独特的光电性质，在微机电系统领域有着广泛的应用。但是，半导体材料，例如硅，具有硬、脆特性，很难进行机械加工。电火花加工是一种非接触式特种加工方法，与材料的硬脆特性无关。针对N型重掺杂硅的高深宽比微细结构加工需求，本文开展了微细电火花加工试验，主要研究内容如下：1、通过增大工件与夹具的接触面积来减小接触电阻，设计有利于产物排出的阵列线电极，并对工作液循环系统做出改进，从而改善加工过程中的放电状态，提高排屑能力，减小短路、拉弧现象。2、对N型重掺杂硅进行试验研究，比较不同电参数对加工表面及产物的影响。(1)选择不同电参数（空载电压120V、160V，脉宽0.25μs、2.5μs），进行对比试验，并采用SEM方法对工件表面形貌进行表征和分析，研究不同脉冲能量（最小放电脉冲能量约10-7J）对加工表面的影响;比较了不同试验条件下的加工效率及电极损耗情况。(2)通过对放电产物的提纯，进行了不同电参数下放电产物的比较，试验结果表明，随着单个脉冲能量的减小，放电凹坑和产物的尺寸均显著减小，加工表面质量有所提高。

关键词：微细电火花表面质量电极损耗加工效率放电产物掺杂硅

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基于二维光子晶体的温控光衰减器

激光与光电子学进展 2019年第15期56卷 183-187页

作者：陈之厦梁斌明庄松林上海理工大学光电信息与计算机工程系

提出了一种基于法布里-珀罗腔的二维光子晶体温控光衰减器,此结构利用掺杂硅的热光效应对光子晶体折射率进行线性调制,折射率的变化引起了光子晶体的带隙以及法布里-珀罗腔光程差的变化,并导致反射率在某一温度区间内随温度线性变化,实... 详细信息

提出了一种基于法布里-珀罗腔的二维光子晶体温控光衰减器,此结构利用掺杂硅的热光效应对光子晶体折射率进行线性调制,折射率的变化引起了光子晶体的带隙以及法布里-珀罗腔光程差的变化,并导致反射率在某一温度区间内随温度线性变化,实现了对入射光的可控衰减。利用商业电磁仿真软件CST模拟了含掺杂硅的基于法布里-珀罗腔的光子晶体反射率光谱曲线,该曲线随温度发生平移;并仿真了此结构在特定频率下,其反射率随温度变化的规律,在频率为0.284THz时,曲线具有较好的线性度;仿真了4种不同的入射角情况,并对入射角为3°的温度-反射率曲线进行了线性拟合,得出了表征公式。最终设计出了一款调谐幅度为0~7.68%的光子晶体温控光衰减器。

关键词：光学器件光子晶体光衰减器热光效应 Drude模型掺杂硅太赫兹

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基片参数对微带带通滤波器传输特性影响研究

基片参数对微带带通滤波器传输特性影响研究

作者：张淑莉河南师范大学

学位级别：硕士

微波滤波器是无线电技术中的最重要的部分之一,随着通信技术的快速发展,微波滤波器设计技术也随着不同的应用需要,出现了多种不同滤波电路结构形式。如微带滤波器、同轴滤波器、波导滤波器、声表面波（SAW）滤波器、陶瓷介质滤波器等。... 详细信息

微波滤波器是无线电技术中的最重要的部分之一,随着通信技术的快速发展,微波滤波器设计技术也随着不同的应用需要,出现了多种不同滤波电路结构形式。如微带滤波器、同轴滤波器、波导滤波器、声表面波（SAW）滤波器、陶瓷介质滤波器等。微带滤波器因其具有体积小、成本低、重量轻、高性能、易与其它集成电路匹配等一系列优点,且符合当今电路设计发展方向,是应用比较广泛的一种滤波器。它可以分为平行耦合微带线滤波器、发夹式滤波器、悬置微带线滤波器、交叉耦合滤波器、平行耦合线分裂环滤波器等多种形式的微带滤波器。随着计算机技术与仿真软件的不断发展,新型仿真软件越来越融入到现代微波电路设计之中。本文采用ADS射频电路设计与仿真软件对电路进行设计与仿真,利用软件分析滤波器基本物理参数,确定电路基本结构,并在此基础上利用仿真软件对电路进行进一步的优化,使其符合所需设计的技术指标。基于ADS射频电路设计与仿真软件对电路进行设计,可以使得设计过程更为简洁、电路更为精确。微带滤波器基片的介电常数、损耗、厚度等参数是影响滤波器传输性能的重要因素。本文在介绍微带带通滤波器设计所需要的基本理论及其设计方法基础上,以平行耦合微带带通滤波器为例,研究了介质基片为环氧树脂、掺杂硅、罗杰斯（RT/duroid）高频基板等情况下,基片参数改变对微带带波滤波器传输特性的影响。文中重点研究了在微波、毫米波波段进行滤波器设计对介质基片参数的不同要求和在同一种介质基片、不同频率情况下所设计的滤波器性能的优劣;通过改变介质基片的厚度对同一滤波器的性能指标进行电路设计,得到在不同介质基片厚度的情况下设计的滤波器频率响应特性;在同一PCB版图上,通过改变介质基片的损耗角正切值tanδ的大小,分析滤波电路的频率响应特性的变化;在以磷掺杂于硅的掺杂硅为基片的情况下,研究温度对介质基片的介电常数的影响和掺杂浓度对滤波电路的频率响应特性的影响。研究结果将对现代微带带通滤波器设计与制作具有一定的参考价值。

关键词：微带滤波器介质基片损耗角正切值掺杂硅介电常数