金与非晶硅及非晶二氧化硅界面处热导率的增强
介观与纳米尺度物理
2024-09-09 v2 材料科学
摘要
随着电子器件尺寸的缩小，两种材料界面处的热传递变得日益重要。大多数研究集中于晶体 - 晶体或非晶 - 非晶材料之间的界面热导。在此，我们利用非平衡分子动力学模拟研究了晶体 - 非晶界面处的界面热导。具体而言，我们考虑了金以及两种不同材料（硅和二氧化硅）的晶体和非晶结构。研究结果表明，对于平面和粗糙界面，非晶结构与金之间的界面热导显著高于晶体结构（金 - 非晶硅约为 152 MW/(mK)，而金 - 晶体硅约为 56 MW/(mK)）。我们将这种增加归因于两个因素：非晶硅/二氧化硅与金之间的相对匹配性导致了增强的键合及界面处原子位移的互相关，从而促进了声子的弹性透射；此外，由于金 - 非晶硅/二氧化硅具有相对较大的非谐性程度，非弹性声子透射也得到了增强。我们还表明，所有参与界面热传递的振动模式都是离域的，并利用 Ioffe-Regel (IR) 判据区分了传播模式 (propagons) 和非传播模式 (diffusons) 的贡献。特别是，我们证明了在金 - 非晶硅界面，弹性声子散射涉及 propagons，而非弹性声子散射涉及 propagons 和 diffusons 的混合；而在金 - 非晶二氧化硅界面，所有在界面传递能量的模式均为 diffusons。
引用
@article{arxiv.2401.09869,
title = {Enhanced thermal conductance at interfaces between gold and amorphous silicon and amorphous silica},
author = {Julien El Hajj and Christophe Adessi and Michaël de San Feliciano and Gilles Ledoux and Samy Merabia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.09869},
year = {2024}
}