纳米晶硅纳米梁的热学性质
应用物理
2021-06-08 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
光学
摘要
在纳米尺度上控制热能传递在许多应用和热学性质中已变得至关重要,因为它常常限制器件性能。在这项工作中,我们研究了由悬空纳米晶硅薄膜的纳米尺度结构以及制成悬浮光机械纳米梁时增大的表面积体积比所引起的对热导率的影响。我们表征了具有不同晶粒尺寸的结构中的热输运,并阐明了晶粒尺寸和几何尺寸对热导率的相对影响。我们使用微时域热反射方法,在考虑表面声子和晶界散射的情况下,研究 10 至 400 nm 的晶粒尺寸分布对悬空纳米晶硅薄膜中热导率的影响。我们发现热导率急剧降低,降至 10 W.m^{-1}.K^{-1} 及以下,仅为单晶硅导率的一小部分。减小晶粒尺寸进一步降低热导率。我们还观察到,由于表面散射在降低热导率方面的竞争,这种效应在 OM 纳米结构中比在薄膜中更小。最后,我们引入了一种新颖的通用非接触表征技术,该技术可适用于任何支持热移光学谐振的结构,并用其评估热导率。该方法可用于具有不同模式轮廓的光学谐振,并且数据显示与热反射测量结果在定量上一致。这项工作为更普遍地热表征光机械腔以及作为研究耦合光子-声子结构中热输运的手段,在结构中所需位置创建具有工程形状的热点为开辟道路。
引用
@article{arxiv.2106.03201,
title = {Thermal properties of nanocrystalline silicon nanobeams},
author = {Jeremie Maire and Emigdio Chavez-Angel and Guillermo Arregui and Martin F. Colombano and Nestor E. Capuj and Amadeu Griol and Alejandro Martinez and Daniel Navarro-Urrios and Jouni Ahopelto and Clivia M. Sotomayor-Torres},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.03201},
year = {2021}
}