搜索

文章查询

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

类金刚石薄膜在硅基底上的沉积及其热导率

艾立强 张相雄 陈民 熊大曦

类金刚石薄膜在硅基底上的沉积及其热导率

艾立强, 张相雄, 陈民, 熊大曦
PDF
导出引用
导出核心图
  • 采用分子动力学方法模拟了碳在晶体硅基底上的沉积过程, 并分析计算了所沉积的类金刚石薄膜的面向及法向热导率. 对沉积过程的模拟表明, 薄膜密度及sp3杂化类型的碳原子所占比例均随沉积高度的增加而减小, 在碳原子以1 eV能量垂直入射的情况下, 在硅基底上沉积的薄膜密度约为2.8 g/cm3, sp3杂化类型的碳原子所占比例约为22%, 均低于碳在金刚石基底上沉积的情况. 采用Green-Kubo方法, 计算了所沉积类金刚石薄膜的热导率, 其面向热导率可以达到相同尺寸规则金刚石晶体的50%左右, 并且随着薄膜密度与sp3杂化类型碳原子所占比例的升高而升高.
      通信作者: 熊大曦, xiongdx@sibet.ac.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51376191, 51321002)资助的课题.
    [1]

    Wang J, Liu G C, Li H L, Hou B R 2012 Acta Phys. Sin. 61 058102 (in Chinese) [王静, 刘贵昌, 李红玲, 侯保荣 2012 物理学报 61 058102]

    [2]

    Song J M, Gan M J, Cai B Y 2012 J. Eng. Mater. Taiwan 304 124 (in Chinese) [宋健民, 甘明吉, 蔡百扬 2012 工业材料杂志(台湾) 304 124]

    [3]

    Balandin A A 2011 Nat. Mater. 10 569

    [4]

    Hu M H, Bi N, Li S S, Su T C, Zhou A G, Hu Q, Jia X P, Ma H A 2015 Chin. Phys. B 24 038101

    [5]

    Kaukonen H P, Nieminen R 1992 Phys. Rev. Lett. 68 620

    [6]

    Ma T B, Hu Y Z, Wang H 2007 Acta Phys. Sin. 56 480 (in Chinese) [马天宝, 胡元中, 王慧 2007 物理学报 56 480]

    [7]

    Kim K S, Lee S H, Kim Y C, Lee S C, Cha P R, Lee K R 2008 Met. Mater. Int. 14 347

    [8]

    Murakami Y, Horiguchi S, Hamaguchi S 2010 Phys. Rev. E 81 041602

    [9]

    Joe M, Moon M W, Oh J, Lee K H, Lee K R 2012 Carbon 50 404

    [10]

    Wang N, Komvopoulos K 2014 J. Phys. D: Appl. Phys. 47 245303

    [11]

    Huang D M, Pu J B, Lu Z B, Xue Q J 2012 Surf. Interface Anal. 44 837

    [12]

    Li Z J, Pan Z Y, Wei Q, Du A J, Huang Z, Zhang Z X, Ye X S, Bai T, Wang C, Liu J R 2003 Eur. Phys. J. D 23 369

    [13]

    Li Z J 2004 Ph. D. Dissertation (Shanghai: Fudan University) (in Chinese) [李之杰2004 博士学位论文(上海: 复旦大学)]

    [14]

    Tersoff J 1989 Phys. Rev. B 39 5566

    [15]

    Brenner D W 1990 Phys. Rev. B 42 9458

    [16]

    Brenner D W, Shenderova O A, Harrison J A, Stuart S J, Ni B, Sinnott S B 2002 J. Phys. Condes. Matter 14 783

    [17]

    Duin A C T V, Dasgupta S, Lorant F, Goddard W A 2001 J. Phys. Chem. A 105 9396

    [18]

    Verlet L 1967 Phys. Rev. 159 98

    [19]

    Plimpton S 1995 J. Comput. Phys. 117 1

    [20]

    Evans D J, Hoover W G, Failor B H, Moran B, Ladd A J C 1983 Phys. Rev. A 28 1016

    [21]

    Frenkel D, Smit B 1996 Phys. Today 50 7

    [22]

    Lifshitz Y 1990 Phys. Rev. B 41 10468

    [23]

    Li X B, Tang D W, Zhu J 2008 J. Univ. Chin. Acad. Sci. 25 598 (in Chinese) [李小波, 唐大伟, 祝捷 2008 中国科学院大学学报 25 598]

    [24]

    Wu G Q, Kong X R, Sun Z W, Wang Y H 2006 J. Astrona. 27 751 (in Chinese) [吴国强, 孔宪仁, 孙兆伟, 王亚辉 2006 宇航学报 27 751]

    [25]

    Wang Y H, Liu L H, Kong X R 2006 J. Harbin Inst. Technol. 38 708 (in Chinese) [王亚辉, 刘林华, 孔宪仁 2006 哈尔滨工业大学学报 38 708]

    [26]

    Xu N, Li J F, Huang B L, Wang B L 2015 Chin. Phys. B 25 016103

    [27]

    Shamsa M, Liu W, Balandin A, Casiraghi C, Milne W, Ferrari A 2006 Appl. Phys. Lett. 89 161921

    [28]

    Ferrari A C, Libassi A, Tanner B K, Stolojan V, Yuan J, Brown L M, Rodil S E, Kleinsorge B, Robertson J 2000 Phys. Rev. B 62 11089

  • [1]

    Wang J, Liu G C, Li H L, Hou B R 2012 Acta Phys. Sin. 61 058102 (in Chinese) [王静, 刘贵昌, 李红玲, 侯保荣 2012 物理学报 61 058102]

    [2]

    Song J M, Gan M J, Cai B Y 2012 J. Eng. Mater. Taiwan 304 124 (in Chinese) [宋健民, 甘明吉, 蔡百扬 2012 工业材料杂志(台湾) 304 124]

    [3]

    Balandin A A 2011 Nat. Mater. 10 569

    [4]

    Hu M H, Bi N, Li S S, Su T C, Zhou A G, Hu Q, Jia X P, Ma H A 2015 Chin. Phys. B 24 038101

    [5]

    Kaukonen H P, Nieminen R 1992 Phys. Rev. Lett. 68 620

    [6]

    Ma T B, Hu Y Z, Wang H 2007 Acta Phys. Sin. 56 480 (in Chinese) [马天宝, 胡元中, 王慧 2007 物理学报 56 480]

    [7]

    Kim K S, Lee S H, Kim Y C, Lee S C, Cha P R, Lee K R 2008 Met. Mater. Int. 14 347

    [8]

    Murakami Y, Horiguchi S, Hamaguchi S 2010 Phys. Rev. E 81 041602

    [9]

    Joe M, Moon M W, Oh J, Lee K H, Lee K R 2012 Carbon 50 404

    [10]

    Wang N, Komvopoulos K 2014 J. Phys. D: Appl. Phys. 47 245303

    [11]

    Huang D M, Pu J B, Lu Z B, Xue Q J 2012 Surf. Interface Anal. 44 837

    [12]

    Li Z J, Pan Z Y, Wei Q, Du A J, Huang Z, Zhang Z X, Ye X S, Bai T, Wang C, Liu J R 2003 Eur. Phys. J. D 23 369

    [13]

    Li Z J 2004 Ph. D. Dissertation (Shanghai: Fudan University) (in Chinese) [李之杰2004 博士学位论文(上海: 复旦大学)]

    [14]

    Tersoff J 1989 Phys. Rev. B 39 5566

    [15]

    Brenner D W 1990 Phys. Rev. B 42 9458

    [16]

    Brenner D W, Shenderova O A, Harrison J A, Stuart S J, Ni B, Sinnott S B 2002 J. Phys. Condes. Matter 14 783

    [17]

    Duin A C T V, Dasgupta S, Lorant F, Goddard W A 2001 J. Phys. Chem. A 105 9396

    [18]

    Verlet L 1967 Phys. Rev. 159 98

    [19]

    Plimpton S 1995 J. Comput. Phys. 117 1

    [20]

    Evans D J, Hoover W G, Failor B H, Moran B, Ladd A J C 1983 Phys. Rev. A 28 1016

    [21]

    Frenkel D, Smit B 1996 Phys. Today 50 7

    [22]

    Lifshitz Y 1990 Phys. Rev. B 41 10468

    [23]

    Li X B, Tang D W, Zhu J 2008 J. Univ. Chin. Acad. Sci. 25 598 (in Chinese) [李小波, 唐大伟, 祝捷 2008 中国科学院大学学报 25 598]

    [24]

    Wu G Q, Kong X R, Sun Z W, Wang Y H 2006 J. Astrona. 27 751 (in Chinese) [吴国强, 孔宪仁, 孙兆伟, 王亚辉 2006 宇航学报 27 751]

    [25]

    Wang Y H, Liu L H, Kong X R 2006 J. Harbin Inst. Technol. 38 708 (in Chinese) [王亚辉, 刘林华, 孔宪仁 2006 哈尔滨工业大学学报 38 708]

    [26]

    Xu N, Li J F, Huang B L, Wang B L 2015 Chin. Phys. B 25 016103

    [27]

    Shamsa M, Liu W, Balandin A, Casiraghi C, Milne W, Ferrari A 2006 Appl. Phys. Lett. 89 161921

    [28]

    Ferrari A C, Libassi A, Tanner B K, Stolojan V, Yuan J, Brown L M, Rodil S E, Kleinsorge B, Robertson J 2000 Phys. Rev. B 62 11089

  • [1] 开花, 李运超, 郭德成, 李双, 李之杰. 斜入射离子束辅助沉积对类金刚石薄膜结构影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2009, 58(7): 4888-4894. doi: 10.7498/aps.58.4888
    [2] 李红轩, 吉利, 赵飞, 杜雯, 周惠娣, 陈建敏, 权伟龙. 类金刚石薄膜力学特性的分子动力学模拟. 物理学报, 2010, 59(8): 5687-5691. doi: 10.7498/aps.59.5687
    [3] 姜金龙, 黄浩, 王琼, 王善民, 魏智强, 杨华, 郝俊英. 沉积温度对钛硅共掺杂类金刚石薄膜生长、结构和力学性能的影响. 物理学报, 2014, 63(2): 028104. doi: 10.7498/aps.63.028104
    [4] 郑伯昱, 董慧龙, 陈非凡. 基于量子修正的石墨烯纳米带热导率分子动力学表征方法. 物理学报, 2014, 63(7): 076501. doi: 10.7498/aps.63.076501
    [5] 兰惠清, 徐藏. 掺硅类金刚石薄膜摩擦过程的分子动力学模拟. 物理学报, 2012, 61(13): 133101. doi: 10.7498/aps.61.133101
    [6] 王久丽, 张谷令, 范松华, 刘赤子, 杨思泽, 杨武保. 丙酮环境下ECR微波等离子体辅助化学气相沉积类金刚石薄膜研究. 物理学报, 2004, 53(9): 3099-3103. doi: 10.7498/aps.53.3099
    [7] 吴国强, 孔宪仁, 孙兆伟, 王亚辉. 氩晶体薄膜法向热导率的分子动力学模拟. 物理学报, 2006, 55(1): 1-5. doi: 10.7498/aps.55.1
    [8] 杨平, 吴勇胜, 许海锋, 许鲜欣, 张立强, 李培. TiO2/ZnO纳米薄膜界面热导率的分子动力学模拟. 物理学报, 2011, 60(6): 066601. doi: 10.7498/aps.60.066601
    [9] 叶 凡, 谢二庆, 李瑞山, 林洪峰, 张 军, 贺德衍. 类金刚石和碳氮薄膜的电化学沉积及其场发射性能研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3935-3939. doi: 10.7498/aps.54.3935
    [10] 梅显秀, 徐军, 马腾才. 利用强流脉冲离子束技术在室温下沉积类金刚石薄膜研究. 物理学报, 2002, 51(8): 1875-1880. doi: 10.7498/aps.51.1875
    [11] 张晓波, 青芳竹, 李雪松. 化学气相沉积石墨烯薄膜的洁净转移. 物理学报, 2019, 68(9): 096801. doi: 10.7498/aps.68.20190279
    [12] 张培增, 李瑞山, 谢二庆, 杨华, 王璇, 王涛, 冯有才. 电化学方法制备ZnO纳米颗粒掺杂类金刚石薄膜及其场发射性能研究. 物理学报, 2012, 61(8): 088101. doi: 10.7498/aps.61.088101
    [13] 于 威, 刘丽辉, 侯海虹, 丁学成, 韩 理, 傅广生. 螺旋波等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜. 物理学报, 2003, 52(3): 687-691. doi: 10.7498/aps.52.687
    [14] 李世彬, 吴志明, 袁 凯, 廖乃镘, 李 伟, 蒋亚东. 氢化非晶硅薄膜的热导率研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3126-3131. doi: 10.7498/aps.57.3126
    [15] 杨平, 王晓亮, 李培, 王欢, 张立强, 谢方伟. 氮掺杂和空位对石墨烯纳米带热导率影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2012, 61(7): 076501. doi: 10.7498/aps.61.076501
    [16] 惠治鑫, 贺鹏飞, 戴瑛, 吴艾辉. 硅功能化石墨烯热导率的分子动力学模拟. 物理学报, 2014, 63(7): 074401. doi: 10.7498/aps.63.074401
    [17] 张程宾, 程启坤, 陈永平. 分形结构纳米复合材料热导率的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2014, 63(23): 236601. doi: 10.7498/aps.63.236601
    [18] 袁思伟, 冯妍卉, 王鑫, 张欣欣. α-Al2O3介孔材料导热特性的模拟. 物理学报, 2014, 63(1): 014402. doi: 10.7498/aps.63.014402
    [19] 鲍华. 固体氩的晶格热导率的非简谐晶格动力学计算. 物理学报, 2013, 62(18): 186302. doi: 10.7498/aps.62.186302
    [20] 李威, 冯妍卉, 陈阳, 张欣欣. 碳纳米管中点缺陷对热导率影响的正交试验模拟分析. 物理学报, 2012, 61(13): 136102. doi: 10.7498/aps.61.136102
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  725
  • PDF下载量:  206
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2015-11-16
  • 修回日期:  2016-02-05
  • 刊出日期:  2016-05-05

类金刚石薄膜在硅基底上的沉积及其热导率

  • 1. 清华大学工程力学系, 北京 100084;
  • 2. 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏省医用光学重点实验室, 苏州 215163
  • 通信作者: 熊大曦, xiongdx@sibet.ac.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51376191, 51321002)资助的课题.

摘要: 采用分子动力学方法模拟了碳在晶体硅基底上的沉积过程, 并分析计算了所沉积的类金刚石薄膜的面向及法向热导率. 对沉积过程的模拟表明, 薄膜密度及sp3杂化类型的碳原子所占比例均随沉积高度的增加而减小, 在碳原子以1 eV能量垂直入射的情况下, 在硅基底上沉积的薄膜密度约为2.8 g/cm3, sp3杂化类型的碳原子所占比例约为22%, 均低于碳在金刚石基底上沉积的情况. 采用Green-Kubo方法, 计算了所沉积类金刚石薄膜的热导率, 其面向热导率可以达到相同尺寸规则金刚石晶体的50%左右, 并且随着薄膜密度与sp3杂化类型碳原子所占比例的升高而升高.

English Abstract

参考文献 (28)

目录

    /

    返回文章
    返回