搜索

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

基于微结构参数建模的多孔硅绝热层热导率研究

许路加 胡明 杨海波 杨孟琳 张洁

引用本文:
Citation:

基于微结构参数建模的多孔硅绝热层热导率研究

许路加, 胡明, 杨海波, 杨孟琳, 张洁

Study on thermal conductivity of porous silicon thermal isolation layer based on micro-structure mathematical model

Xu Lu-Jia, Hu Ming, Yang Hai-Bo, Yang Meng-Lin, Zhang Jie
PDF
导出引用
  • 多孔硅由于具有较低的热导率,因而可以将其作为半导体器件中的绝热层.与其他从边界散射等复杂微观热传导机制出发建模研究多孔硅的热导率不同,将多孔硅热导率影响机制更表观地归结到孔洞的存在和分布等结构因素上,把整个多孔硅视为由硅连续材料介质和孔洞连续介质通过串联和并联组合成的复合微结构,给予其低热导率一个更为易于理解和简化的解释.进一步把孔隙率对等效热导率的影响分解为两个不同的部分,即纵向部分和横向部分,半定量地给出不同的孔洞结构和分布下孔隙率与等效热导率的关系.与实验数据进行对比后验证了模型的有效性.继而从结构的角度说明了多孔硅热导率较低的原因.
    Porous silicon can be used as a thermal isolation layer because of its low thermal conductivity. Different from other models based on the mechanism that the thermal conductivity of porous silicon is attributed to complex microcosmic thermal conductivity through such as boundary scattering, the model used in this paper is based on the mechanism that the low conductivity of the porous silicon material is due to its structure factors, such as the existence and distribution of pores and porous silicon is viewed as a compound microstructure piece, which is constructed by both silicon continuous material and pore continuous material medium, connecting in parallel and series patterns. Therefore, the authors give a more understandable and simpler reason why the conductivity of such a material is at such a low level. It is pointed out that the influence of porosity on equivalent thermal conductivity can be divided into two parts: vertical and horizontal, thereby giving semi-quantitative relationships between the porosity and equivalent thermal conductivity for different pore structures and distributions. A comparison between the calculated results and experimental results shows the validity of this model, thus supporting the reason why the thermal conductivity of porous silicon material is relatively low.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:60371030,60771019)和先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室研究基金(批准号:ACMT-2008-05)资助的课题.
    [1]

    Rogalski A 2003 Prog. Quanum Electron. 27 59

    [2]

    Tissot J L 2004 Infrar. Phys. Techn. 46 147

    [3]

    Fièque B, Tissot J L, Trouilleau C, Crastes A, Legras O 2007 Infrar. Phys. Techn. 49 187

    [4]

    Escriba C, Campo E, Estève D, Fourniols J Y 2005 Sensor Actuat. A 120 267

    [5]

    Chang B K, Cai Y 2006 Infrared Imaging Array and System (Beijing: Science Press) pp19,20(in Chinese) [常本康、 蔡毅 2006 红外成像阵列与系统 (北京: 科学出版社) 第19,20页]

    [6]

    Burzo M G, Komarov P L, Raad P E 2004 5th International Conference on Thermal and Mechanical Simulation and Experiments in Microelectronics and Microsystems (New York:IEEE) p269

    [7]

    Dou Y W, Hu M, Zong Y, Cui M 2005 Nanotechn. Precis. Eng. 3 106 (in Chinese) [窦雁巍、胡 明、 宗 杨、 崔 梦 2005 纳米技术与精密工程 3 106]

    [8]

    Lysenko V, Gliba V, Strikha V, Dittmar A, Delhomme G, Roussel P, Barbier D, Jaffrezic-Renault N, Martelet C 1998 Appl. Surf. Sci. 123—124 458

    [9]

    Chen G 1996 J. Heat Trans. 118 539

    [10]

    Looyenga H 1965 Physica 31 401

    [11]

    Gesele G, Linsmeier J, Drach V, Fricke J, Arens-Fischer R 1997 J. Phys. D 30 2911

    [12]

    Redondo A, Beery J G 1986 J. Appl. Phys. 60 3882

    [13]

    Li G, Yuan N, Li J, Chen X 2006 Sensor Actuat. A 126 430

    [14]

    Dong L, Yue R, Liu L, Xia S 2004 Sensor Actuat. A 116 257

    [15]

    Wolf A, Brendel R 2006 Thin Solid Films 513 385

    [16]

    Fll H, Christophersen M, Carstensen J, Hasse G 2002 Mater. Sci. Eng. 39 93

    [17]

    Bai Y, Lan Y N, Mong Y J 2005 Acta Phys. Sin. 54 4654 (in Chinese) [白 莹、兰燕娜、莫育俊 2005 物理学报 54 4654]

    [18]

    Fang Z Q, Hu M, Zhang W, Zhang X R 2008 Acta Phys. Sin. 57 103 (in Chinese) [房振乾、胡 明、 张 伟、张绪瑞 2008 物理学报 57 103] 〖19] Fang Z Q 2007 Ph. D. Dissertation (Tianjin: Tianjin University) (in Chinese) [房振乾 2007 博士学位论文 (天津: 天津大学)]

    [19]

    Zhang Y 2004 Heat Transfer Theory (Nanjin: Southeast University Press ) pp1—10 (in Chinese) [张 奕 2004 传热学 (南京: 东南大学出版社) 第1—10页]

  • [1]

    Rogalski A 2003 Prog. Quanum Electron. 27 59

    [2]

    Tissot J L 2004 Infrar. Phys. Techn. 46 147

    [3]

    Fièque B, Tissot J L, Trouilleau C, Crastes A, Legras O 2007 Infrar. Phys. Techn. 49 187

    [4]

    Escriba C, Campo E, Estève D, Fourniols J Y 2005 Sensor Actuat. A 120 267

    [5]

    Chang B K, Cai Y 2006 Infrared Imaging Array and System (Beijing: Science Press) pp19,20(in Chinese) [常本康、 蔡毅 2006 红外成像阵列与系统 (北京: 科学出版社) 第19,20页]

    [6]

    Burzo M G, Komarov P L, Raad P E 2004 5th International Conference on Thermal and Mechanical Simulation and Experiments in Microelectronics and Microsystems (New York:IEEE) p269

    [7]

    Dou Y W, Hu M, Zong Y, Cui M 2005 Nanotechn. Precis. Eng. 3 106 (in Chinese) [窦雁巍、胡 明、 宗 杨、 崔 梦 2005 纳米技术与精密工程 3 106]

    [8]

    Lysenko V, Gliba V, Strikha V, Dittmar A, Delhomme G, Roussel P, Barbier D, Jaffrezic-Renault N, Martelet C 1998 Appl. Surf. Sci. 123—124 458

    [9]

    Chen G 1996 J. Heat Trans. 118 539

    [10]

    Looyenga H 1965 Physica 31 401

    [11]

    Gesele G, Linsmeier J, Drach V, Fricke J, Arens-Fischer R 1997 J. Phys. D 30 2911

    [12]

    Redondo A, Beery J G 1986 J. Appl. Phys. 60 3882

    [13]

    Li G, Yuan N, Li J, Chen X 2006 Sensor Actuat. A 126 430

    [14]

    Dong L, Yue R, Liu L, Xia S 2004 Sensor Actuat. A 116 257

    [15]

    Wolf A, Brendel R 2006 Thin Solid Films 513 385

    [16]

    Fll H, Christophersen M, Carstensen J, Hasse G 2002 Mater. Sci. Eng. 39 93

    [17]

    Bai Y, Lan Y N, Mong Y J 2005 Acta Phys. Sin. 54 4654 (in Chinese) [白 莹、兰燕娜、莫育俊 2005 物理学报 54 4654]

    [18]

    Fang Z Q, Hu M, Zhang W, Zhang X R 2008 Acta Phys. Sin. 57 103 (in Chinese) [房振乾、胡 明、 张 伟、张绪瑞 2008 物理学报 57 103] 〖19] Fang Z Q 2007 Ph. D. Dissertation (Tianjin: Tianjin University) (in Chinese) [房振乾 2007 博士学位论文 (天津: 天津大学)]

    [19]

    Zhang Y 2004 Heat Transfer Theory (Nanjin: Southeast University Press ) pp1—10 (in Chinese) [张 奕 2004 传热学 (南京: 东南大学出版社) 第1—10页]

  • [1] 李耀隆, 李哲, 李松远, 张任良. 层间共价键和拉伸应变对双层石墨烯纳米带热导率的调控. 物理学报, 2023, 72(24): 243101. doi: 10.7498/aps.72.20231230
    [2] 曾建邦, 郭雪莹, 刘立超, 沈祖英, 单丰武, 罗玉峰. 基于电化学-热耦合模型研究隔膜孔隙结构对锂离子电池性能的影响机制. 物理学报, 2019, 68(1): 018201. doi: 10.7498/aps.68.20181726
    [3] 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. 物理学报, 2016, 65(9): 096501. doi: 10.7498/aps.65.096501
    [4] 严达利, 李申予, 刘士余, 竺云. 银纳米颗粒/多孔硅复合材料的制备与气敏性能研究. 物理学报, 2015, 64(13): 137104. doi: 10.7498/aps.64.137104
    [5] 严达利, 李申予, 刘士余, 竺云. 银纳米颗粒/多孔硅复合材料的制备与气敏性能研究. 物理学报, 2015, 64(13): 137102. doi: 10.7498/aps.64.137102
    [6] 蒋招绣, 辛铭之, 申海艇, 王永刚, 聂恒昌, 刘雨生. 多孔未极化Pb(Zr0.95Ti0.05)O3铁电陶瓷单轴压缩力学响应与相变. 物理学报, 2015, 64(13): 134601. doi: 10.7498/aps.64.134601
    [7] 卢璐, 吉鸿飞, 郭各朴, 郭霞生, 屠娟, 邱媛媛, 章东. 超声增强藻酸钙凝胶支架材料孔隙率的研究. 物理学报, 2015, 64(2): 024301. doi: 10.7498/aps.64.024301
    [8] 张铮, 徐智谋, 孙堂友, 徐海峰, 陈存华, 彭静. 纳米压印多孔硅模板的研究. 物理学报, 2014, 63(1): 018102. doi: 10.7498/aps.63.018102
    [9] 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
    [10] 陈颖, 范卉青, 卢波. 带多孔硅表面缺陷腔的半无限光子晶体Tamm态及其折射率传感机理. 物理学报, 2014, 63(24): 244207. doi: 10.7498/aps.63.244207
    [11] 孙鹏, 胡明, 刘博, 孙凤云, 许路加. 金属/多孔硅/单晶硅(M/PS/Si)微结构的电学特性. 物理学报, 2011, 60(5): 057303. doi: 10.7498/aps.60.057303
    [12] 冯宁博, 谷岩, 刘雨生, 聂恒昌, 陈学锋, 王根水, 贺红亮, 董显林. 冲击波加载下孔隙率对Pb0.99(Zr0.95Ti0.05)0.98Nb0.02O3 铁电陶瓷去极化性能的影响. 物理学报, 2010, 59(12): 8897-8902. doi: 10.7498/aps.59.8897
    [13] 张新明, 刘家琦, 刘克安. 一维双相介质孔隙率的小波多尺度反演. 物理学报, 2008, 57(2): 654-660. doi: 10.7498/aps.57.654
    [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] 杨海波, 胡 明, 张 伟, 张绪瑞, 李德军, 王明霞. 基于纳米压痕法的多孔硅硬度及杨氏模量与微观结构关系研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4032-4038. doi: 10.7498/aps.56.4032
    [16] 邱学军, 张云鹏, 何正红, 白 浪, 刘国磊, 王 跃, 陈 鹏, 熊祖洪. 矫顽力可调的多孔硅基Fe膜. 物理学报, 2006, 55(11): 6101-6107. doi: 10.7498/aps.55.6101
    [17] 邸玉贤, 计欣华, 胡 明, 秦玉文, 陈金龙. 基片曲率法在多孔硅薄膜残余应力检测中的应用. 物理学报, 2006, 55(10): 5451-5454. doi: 10.7498/aps.55.5451
    [18] 白 莹, 兰燕娜, 莫育俊. 拉曼光谱法计算多孔硅样品的温度. 物理学报, 2005, 54(10): 4654-4658. doi: 10.7498/aps.54.4654
    [19] 徐大印, 刘彦平, 何志巍, 方泽波, 刘雪芹, 王印月. 多孔硅衬底上溅射沉积SiC:Tb薄膜的光致发光行为. 物理学报, 2004, 53(8): 2694-2698. doi: 10.7498/aps.53.2694
    [20] 杨宏顺, 李鹏程, 柴一晟, 余旻, 李志权, 杨东升, 章良, 王喻宏, 李明德, 曹烈兆, 龙云泽, 陈兆甲. La2CuO4掺锌样品的低温电阻率与热导率研究. 物理学报, 2002, 51(3): 679-684. doi: 10.7498/aps.51.679
计量
  • 文章访问数:  9307
  • PDF下载量:  913
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2009-08-12
  • 修回日期:  2010-04-21
  • 刊出日期:  2010-06-05

/

返回文章
返回