[實用新型]一種結構修飾型石墨烯熱整流器件

有效

• 申請號: 201320392285.9
• 申請日: 2013-07-01
• 公開（公告）號: CN203674195U
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 楊平;李霞龍;宮杰;唐昀青
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01L23/373
• 分類號: H01L23/373
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本實用新型涉及一種基于結構修飾下石墨烯的熱整流器件。

背景技術

隨著電子器件高度集成化和微尺度化，納米尺度下器件是否能穩定的運行很大程度上受其產生的高密度額外能量轉移效率高低的影響。如果這些熱量不能及時排出，將會直接縮短電子器件的使用壽命。散熱成為這一時代亟需攻克的難題。石墨烯，一種新型納米薄膜材料，由于其優秀的熱學特性，被廣泛設計為熱整流器、熱晶體管、熱邏輯門、熱記憶等器件來控制高密度額外熱量的傳遞方向。因此，在熱整流器件的設計研發過程中，利用計算機仿真模擬計算最佳缺陷比例及特性分析，將對降低熱整流器件的研發成本及縮短研發周期有重要意義。

發明內容

針對微納電子器件中高密度額外能量轉移問題，本實用新型的目的是提供一種基于微納電子制造的結構修飾型石墨烯熱整流器件，以解決高度集成化、微尺度化下電子器件熱量排出效率低的問題。

本實用新型采用的技術方案如下：

一種結構修飾型石墨烯熱整流器件，包括結構修飾型石墨烯和恒溫池，恒溫池的輸入、輸出端分別連接在結構修飾型石墨烯的兩端，所述結構修飾型石墨烯的結構中含有微納尺度的三角形空位缺陷。

所述石墨烯結構長度為10.6nm，寬度為3.8nm，空位缺陷的原子數范圍5≤N≤25，三角形空位缺陷位置位于石墨烯結構的正中。

本實用新型器件的設計方法，依次采用如下步驟：1）基于熱整流機制中不對稱系統的要求，在微納尺度下對石墨烯進行三角形空位缺陷的結構修飾，以達到石墨烯結構的不對稱性根據熱整流機制，得到結構修飾型石墨烯結構；2）在結構修飾型石墨烯結構的兩端施加恒溫池，用來施加不同溫度，其中恒溫池采用Nosé-Hoover恒溫池，通過計算機仿真施加在石墨烯結構的左右兩端，以實現模擬現實中熱量傳遞的效果；3）不斷調控原子動能的交換頻率以尋求最佳對流傳熱系數；4）對于不同條件下所述結構修飾型石墨烯結構進行熱導率及熱整流系數的計算。

在恒溫池內施加不同溫度，通過人為調控原子動能交換頻率，使系統處于動平衡狀態，避免產生非線性效應，提高熱導率和熱整流計算精度，同時盡可能使熱量傳遞的過程符合現實情況。結合溫度和缺陷原子數這兩變量，利用熱導率公式：K＝－q/(dT/dx)，以及熱整流公式：η=(?k_?(左→右)-?k_{（右→左）})/?k_{（右→左）},計算得出熱導率值和熱整流值，其中K為熱導率值，q為熱流密度，dT/dx為溫度梯度；η為熱整流值，k_?(左→右)為熱流從所述結構修飾型石墨烯結構的左端流向右端時的熱導率值，k_{（右→左）}為熱流從所述結構修飾型石墨烯結構的右端流向左端時的熱導率值。通過數據分析，獲得最佳熱整流器件的設計方案。通過計算所得結果證明，本實用新型基于結構修飾下石墨烯的熱整流器件可應用于微納電子器件中進行熱管理。

本實用新型通過在微納尺度下進行石墨烯結構修飾，其出現的熱整流現象可應用于高度集成化、小型化的微納電子器件中，以實現高密度額外能量的快速傳遞，提高器件的使用壽命。

附圖說明

圖1?基于結構修飾下石墨烯的熱整流器件；

圖2?基于結構修飾下石墨烯線性擬合溫度梯度；

圖3?基于結構修飾下石墨烯在不同溫度條件下量子修正熱導率k隨缺陷原子數N的變化曲線；

圖4?基于結構修飾下石墨烯在不同溫度條件下熱整流值η隨缺陷原子數N的變化曲線。

具體實施方式

石墨烯是近年來開發出來的一種新型納米薄膜材料，因其力學、電學、光學、熱學特性等優點而受到國內外學者的廣泛關注，使其在微納電子器件中具有廣闊的應用前景。本實用新型設計的熱整流器件，希望通過在不同溫度條件下，調節缺陷原子數來獲得穩定的熱導率以及相應條件下最大的熱整流數值。