ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПЛОСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР

Abstract

Теоретически исследованы фононные и тепловые свойства плоских гетероструктур на основе кремния и германия с помощью «Valence Force Field» модели и проведены расчёты теплопроводностей и тепловых потоков в этих гетероструктурах. Показано, что происходит сильное расщепление фононного спектра, вызванное пространственным конфайнментом фононных мод. В зависимости от конфигурации гетероструктуры, колебания происходят либо по всей ширине гетероструктуры, либо сосредоточиваются в обкладках или во внутреннем слое. В Si/Ge/Si гетероструктурах наблюдается существенное падение теплопроводности по сравнению с однородными пластинами кремния и германия за счет сильной гибридизации фононных мод из разных слоев

În lucrare au fost cercetate, teoretic, proprietăţile fononice şi termice ale heterostructurilor plane pe bază de siliciu şi germaniu utilizând modelul „Valence Force Field” şi au fost făcute calcule ale conductivităţii termice şi ale fluxului de căldură în aceste heterostructuri. S-a arătat că are loc o mare divizare a spectrului fononilor, ca urmare a izolării spaţiale din modurile fononice. În funcţie de configuraţia heterostructurii, fluctuaţiile au loc fie pe toată lăţimea heterostructurilor, fie se concentrează în plăcile sau în stratul interior. În heterostructurile Si/Ge/Si se observă o scădere semnificativă a conductivităţii termice în comparaţie cu plăcile omogene de siliciu şi germaniu din cauza hibridizării puternice a modurilor fononice în straturi diferite.

In this paper there had been investigated theoretically the phonon and thermal properties of heterostructures based on planar silicon and germanium using «Valence Force Field» model and were performed calculations of thermal conductivity and heat flows in these heterostructures. It is shown that there is a strong splitting of the phonon spectrum, caused by spatial confinement of phonon modes. Depending on the configuration of the heterostructure, the oscillations are either over the whole depth or focus in the cladding layers or in the inner layer. In the Si / Ge / Si heterostructures there is a significant drop in thermal conductivity compared with homogeneous plates of silicon and germanium due to the strong hybridization of the phonon modes in different layers.