尺寸效應及界面熱阻對低維度超晶格材料熱傳影響之研究(I)

Abstract

隨著科技的進步使得固態元件的尺寸進入了奈米世界，雖然有效地提 升元件運轉速度、並降低製造成本，但元件的高密度聚集卻產生了大量的 熱，因此散熱能力成為確保電子元件能安全運轉的重要指標。而由過去研 究指出，以傳統傅立葉熱傳導定律模擬微尺度下的熱傳問題，常有高估的 現象，導致散熱效果不如預期，因此對於微觀熱傳機制的瞭解就變得非常 重要。 另一方面，微觀尺度下的熱物理性質受到尺寸效應的影響，出現大幅 度的改變。當薄膜厚度接近於聲子平均自由徑時，其等效熱傳導係數隨著 厚度的縮小而明顯降低。如低維度半導體材料（超晶格結構、超晶格奈米 線）的熱傳導係數低於其巨觀值一至兩個數量級，使得其在熱電方面有極 大的應用價值。 本計畫為二年期計畫，目的在建立一套微觀熱傳理論模式，模擬低維 度半導體材料的熱傳行為，確實掌握其熱物理性質。第一年將從聲子輻射 熱傳模式出發，分析幾何結構、尺寸效應及界面熱阻對低維度半導體材料 熱物理性質之影響；第二年進一步應用不同的界面理論（如聲異理論模式、 散異理論模式及散射聲異理論模式等）處理界面問題，並和實驗結果比較， 找出不同界面理論適用的範圍。另外，分析超晶格結構中摻雜不均勻的量 子點對其熱傳行為之影響。