>1 μm 厚绝缘体上硅薄膜中的界面声子散射与透射损耗
介观与纳米尺度物理
2018-05-23 v2
摘要
晶体边界（晶粒、表面或固/固界面）处的声子散射由声子波长、入射角以及界面粗糙度表征，历史上采用 Ziman [J. M. Ziman, Electrons and Phonons (Clarendon Press, Oxford, 1960)] 提出的镜面反射参数 p 进行评估。该参数最初用于确定声子从材料粗糙表面镜面反射或漫散射的概率。Ziman 理论推广至固/固界面的有效性此前尚未得到验证。为了更好地理解声子的界面散射并检验 Ziman 理论的有效性，我们通过时域热反射法（TDTR）精确测量了绝缘体上硅（SOI）晶圆上一系列 Si 薄膜的面内热导率，Si 薄膜厚度范围为 1–10 μm，温度范围为 100–300 K。利用透射电子显微镜（TEM）测定 Si/SiO2 界面粗糙度为 0.11±0.04 nm。此外，我们将面内热导率测量结果与结合第一性原理声子输运与 Ziman 理论的理论计算进行了比较。使用 Ziman 镜面反射参数的计算显著高估了 TDTR 测量值。我们将此差异归因于声子透过固/固界面进入衬底的透射，而 Ziman 针对表面的理论未考虑这一点。我们推导了固/非晶界面处镜面反射参数的简单表达式，并使计算与测量值之间达成良好一致。
引用
@article{arxiv.1712.05756,
title = {Interfacial Phonon Scattering and Transmission Loss in >1 um Thick Silicon-on-insulator Thin Films},
author = {Puqing Jiang and Lucas Lindsay and Xi Huang and Yee Kan Koh},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.05756},
year = {2018}
}
备注
4 figures, submitted to PRB