用相干极紫外光探测硅上二维与一维受限纳米结构的热输运：通用预测模型带来新认识
材料科学
2021-08-23 v1
摘要
热管理在纳米器件设计中至关重要，因为工作温度决定了其效率与寿命。以往探索半导体中纳米尺度热输运的实验与理论工作通过引入有效参数（如尺寸依赖的热导率）来处理偏离傅里叶定律建模的已知现象。然而，近期实验在定性上展示了无法用此方法建模的新行为。在此，我们结合先进实验与理论表明，硅上一维和二维受限纳米热点的冷却可用通用流体力学热输运模型描述，这与先前对体硅中热流的理解相反。我们使用对非扩散输运的极紫外散射测量综合数据集（来自瞬态加热的纳米线与纳米点）来验证并推广我们的第一性原理模型，该模型无需任何几何相关的拟合参数。这使我们揭示了两个不同时间尺度与热输运机制的存在：在短时间尺度占主导的界面热阻机制，以及在较长时间尺度占主导的类流体力学声子输运机制。此外，我们的模型可预测任意几何结构下纳米长度尺度与皮秒时间尺度上的完整热机械响应，为纳米技术热管理提供了先进的实用工具。进一步地，我们推导了输运时间尺度的解析表达式（对一类几何有效），为优化散热提供途径。
引用
@article{arxiv.2103.03776,
title = {Thermal transport from 1D- and 2D-confined nanostructures on silicon probed using coherent extreme UV light: General and predictive model yields new understanding},
author = {Albert Beardo and Joshua L. Knobloch and Lluc Sendra and Javier Bafaluy and Travis D. Frazer and Weilun Chao and Jorge N. Hernandez-Charpak and Henry C. Kapteyn and Begoña Abad and Margaret M. Murnane and F. Xavier Alvarez and Juan Camacho},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.03776},
year = {2021}
}