[發明專利]計算硅鍺超晶格材料界面熱阻的方法無效

申請號：	200910217466.6	申請日：	2009-12-30
公開（公告）號：	CN101760183A	公開（公告）日：	2010-06-30
發明（設計）人：	孫兆偉;張興麗	申請（專利權）人：	哈爾濱工業大學
主分類號：	C09K5/14	分類號：	C09K5/14
代理公司：	哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109	代理人：	張宏威
地址：	150001 黑龍***	國省代碼：	黑龍江;23
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摘要：
搜索關鍵詞：	計算硅鍺超晶格材料界面方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及硅鍺超晶格材料界面熱阻的領域。

背景技術

硅鍺超晶格材料是一種由硅、鍺分子按照周期性結構排列而形成的復合材料，由于它具有良好的熱電性質，能顯著提高熱電設備效率，在計算機芯片、MEMS器件、航空航天等領域有廣泛應用。硅鍺超晶格材料的界面熱阻是微尺度傳熱研究領域的熱點問題，由于它反應的是界面層的電子與聲子的傳輸性質，因此直接影響材料的熱傳導性能，從而對微/納米器件的設計和熱優化產生影響。

目前通過微尺度傳熱理論分析和實驗方法尚未對硅鍺超晶格材料界面熱阻的內部機制和變化規律建立完善的理論體系和研究方法，存在許多亟待澄清和解決的科學問題。從實驗研究的角度而言難點主要是實驗材料難以制備，試件大多為多晶體，無法獨立討論材料的界面熱阻效應。另外實驗條件、試件的材料和制作工藝的差異，也使實驗結果沒有可比性。

近幾年發展起來的分子動力學模擬是理論和實驗有效的補充手段，它可以從微觀角度求解有相互作用的各個分子的運動方程，得到每個分子空間位置和運動狀態隨時間的演進狀況，從而統計出材料的宏觀行為特性。分子動力學模擬的應用范圍涉及機械工程、化學、材料科學等眾多領域，但利用分子動力學計算硅鍺超晶格材料界面熱阻的方法，目前國內外未見報道。

發明內容

為了解決目前通過理論和實驗方法不能準確分析硅鍺超晶格材料傳熱機理的問題，提供一種計算硅鍺超晶格材料界面熱阻的方法。

計算硅鍺超晶格材料界面熱阻的方法，具體步驟如下：

步驟一：建立硅鍺超晶格材料的非平衡態分子動力學導熱模型；

步驟二：設定步驟一中導熱模型中粒子的初始狀態，所述初始狀態包括粒子的初始位置和速度，硅、鍺粒子的初始位置分布在面心立方結構的晶格點陣上，而粒子的初始速度的分布采用麥克斯韋速度分布；將系統溫度調整到要求溫度，重新標定硅、鍺超晶格材料中粒子在要求溫度下的速度；

步驟三：根據步驟二中獲得的粒子速度，采用Stillinger-Webber多體勢能函數來計算硅、鍺分子之間的作用勢能；

步驟四：根據分子動力學分析方法，用步驟三中計算得到的勢能函數的梯度來計算硅鍺超晶格材料中粒子間作用力；

步驟五：由步驟四獲得的粒子間作用力，求得硅鍺超晶格材料中粒子的運動方程，采用Verlet蛙跳算法對運動方程進行積分，計算粒子在t時刻的新位置和速度；

步驟六：采用各向異性非平衡態分子動力學方法來計算界面熱阻，選用恒溫墻方法對系統施加溫度梯度，計算導熱方向每一層粒子的溫度，并且對溫度進行量子化修正；利用公式Rb=ΔTQ/An=ΔTxJx]]>來計算硅鍺超晶格結構的界面熱阻，其中ΔT表示溫度梯度方向的溫差，Q為熱流量，A_n為面YOZ的橫截面積，ΔT_x為X方向的溫差；J_x為X方向的熱流。