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半导体纳米线中弹道声子输运的理论研究

作　者: 邹明亮
导　师: 黄维清
学　校: 湖南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 半导体纳米线声子输运透射系数热导
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,人们对于微纳米结构的设计、制造以及纳米电子器件的应用展开了深入的研究并取得了很大的进展。随着制造工艺的进一步发展,纳米器件系统也会变得越来越复杂,同时人们注意到热效应对于纳米器件性能影响也越来越大,它将是影响和限制这些器件性能和稳定性的关键因素。为了设计实用的散热系统,了解热量在纳米尺度下的输运性质是非常重要的,如何控制固体中热量的输运成为当前人们非常关注的课题。本文主要研究了在不同的半导体纳米线中弹道声子的输运性质。利用散射矩阵方法,研究了材料弹性常数对双声子腔半导体纳米线声子输运对材料的影响。发现两个相同尺寸的声学纳米腔的材料性质显著影响弹道声子的输运,以及声子的共振频率,尤其是禁带的数目和低频禁带的位置。当两个声子腔由两种不同材料构成时,声子透射谱中将出现一个新的禁带。而且,他们的位置分别依赖于每个腔的材料参数。在低温下,两个声子腔用不同的材料参数构成时,能够提高整个半导体纳米线的热导。这些结果表明可以通过设计声子禁带和共振的形成来控制在不同温度范围内的纳米声子的热导。采用散射矩阵方法研究了收缩—发散纳米线中弹道声子的输运特性。研究发现最窄宽度和渐变区域的长度是影响声子输运的主要因素。最窄宽度的大小对总的声子透射系数具有决定性的影响。最窄宽度小,声子透射率小；最窄宽度大,声子透射系数和热导就越大。而渐变区域的长度明显影响着单模的输运性质。当渐变区域的长度较小时,单模透射呈现明显震荡；当渐变区域的长度较大时,震荡幅度减小,单模透射趋于平稳。这些结果可以为设计特殊性能的纳米器件提供理论依据和参考。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
第1章绪论  8-16
  1.1 引言  8-9
  1.2 低维热输运理论  9-10
  1.3 分子动力仿真纳米尺度热输运中的应用  10-12
  1.4 量子输运  12-14
  1.5 半经典法  14
  1.6 实验方法  14-15
  1.7 本文的研究的背景和内容  15-16
第2章矩阵计算方法  16-21
  2.1 引言  16
  2.2 转移矩阵方法  16-18
  2.3 散射矩阵方法  18-21
第3章材料弹性常数对双腔纳米线弹道声子输运的影响  21-31
  3.1 引言  21-22
  3.2 理论模型与方法  22-24
  3.3结果分析和讨论  24-30
  3.4 本章小结  30-31
第4章收缩-发散半导体纳米线中弹道声子输运和热导性质研究  31-38
  4.1 引言  31
  4.2 理论模型和公式  31-33
  4.3 结果分析和讨论  33-37
  4.4 本章小结  37-38
总结与展望  38-40
参考文献  40-50
附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)  50-51
致谢  51

半导体纳米线中弹道声子输运的理论研究

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