非晶硅纳米结构中异常高且各向异性的热导率
材料科学
2017-01-03 v2
摘要
非晶硅（a-Si）纳米结构广泛存在于众多电子与光电器件中。非晶材料被认为具有热导率（k）的下限，对于a-Si约为1 W/m-K。然而，近期研究表明，微米级厚度的a-Si薄膜的热导率可超过3 W/m-K，这归因于被称为“传播子（propagons）”的传播振动模式。但精确测定a-Si中的热导率一直难以实现。在此，我们利用新型的a-Si纳米管和悬空a-Si薄膜结构，在5 nm至1.7 μm的宽厚度范围内实现了精确的面内热导率测量。我们展示了a-Si纳米结构中出乎意料的高面内热导率，在100 nm和1.7 μm厚度下分别达到约3.0和5.3 W/m-K。此外，所测面内热导率显著高于同一薄膜的面外热导率。非晶硅纳米结构中这种异常高且各向异性的热导率揭示了传播子具有惊人的宽平均自由程分布，在无序且原子级各向同性的结构中，该分布范围从10 nm到10 μm。这一结果为关于传播子平均自由程分布这个百年难题提供了明确的答案，同时也为众多基于a-Si的电子和光电器件的设计与性能提供了启示。
引用
@article{arxiv.1608.07633,
title = {Unusually High and Anisotropic Thermal Conductivity in Amorphous Silicon Nanostructures},
author = {Soonshin Kwon and Jianlin Zheng and Matthew C. Wingert and Shuang Cui and Renkun Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1608.07633},
year = {2017}
}
备注
5 figures