Влияние морфологии поверхности и границ раздела на продольную фононную теплопроводность в тонкопленочных структурах Ge(001) и Si/Ge(001)
Хомец А.Л.1, Сафронов И.В.2, Филонов А.Б.1, Мигас Д.Б.
1,3
1Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Минск, Беларусь
2Белорусский государственный университет, Минск, Республика Беларусь
3Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Москва, Россия
Email: infuze193@gmail.com, igor.safronov.junior@gmail.com, filonovab1@mail.ru, migas@bsuir.by
Поступила в редакцию: 24 марта 2023 г.
В окончательной редакции: 29 марта 2023 г.
Принята к печати: 29 марта 2023 г.
Выставление онлайн: 23 мая 2023 г.
Методом неравновесной молекулярной динамики проведено исследование продольной фононной теплопроводности при 300 K в наноразмерных гомогенных Ge(001) и слоистых Si/Ge(001) пленках с p(2x1) поверхностной реконструкцией вдоль различных направлений. Установлено появление анизотропии теплового транспорта в рассматриваемых пленках, которая обусловлена как морфологией поверхности, так и резкими Si/Ge границами раздела. Для направления, когда димеры и Si-Ge-связи на границе раздела лежат в плоскости, параллельной направлению теплового потока, наблюдается наименьшая теплопроводность (~5-18 Вт/(м·K) в диапазоне от ~1 до 27 нм). Показано, что для пленок с толщинами >13 нм для всех направлений слоистые пленки обладают меньшей теплопроводностью по сравнению с гомогенными. При этом роль морфологии поверхности и границ раздела сводится к различной степени локализации фононов и компенсации более теплопроводящих слоев Si соответственно. Ключевые слова: теплопроводность, молекулярная динамика, Si/Ge тонкие пленки, поверхность, границы раздела.
- Z.-G. Shen, L.-L. Tian, X. Liu. Energy Convers. Management, 195, 1138 (2019)
- G.J. Snyder, E.S. Toberer. Complex Thermoelectric Materials, 7, 105 (2008)
- J.A. Perez-Taborda, O. Caballero-Calero, M. Marti n-Gonzalez. New Research on Silicon --- Structure, Properties, Technology (InTechOpen, London, 2017)
- H.R. Shanks, P.D. Maycock, P.H. Sidles, G.C. Danielson. Phys. Rev., 130 (5), 1743 (1963)
- A.F. Ioffe. Canadian J. Phys., 34 (12A), 1342 (1956)
- E. Dechaumphai, D. Lu, J.J. Kan, J. Moon, E.E. Fullerton, Z. Liu, R. Chen. Nano Lett., 14 (5), 2448 (2014)
- P. Heino. Eur. Phys. J. B, 60, 171 (2007)
- Z. Aksamija, I. Knezevic. Phys. Rev. B, 82 (4), 045319 (2010)
- H. Karamitaheri, N. Neophytou, H. Kosina. J. Appl. Phys., 113, 204305 (2013)
- Z.H. Wang, M.J. Ni. Heat Mass Transfer, 47 (4), 449 (2011)
- X. Zhang, X. Wu. Comput. Mater. Sci., 123, 40 (2016).
- A.L. Khamets, I.I. Khaliava, I.V. Safronov, A.B. Filonov, D.B. Migas. Japan. J. Appl. Phys., 62, SD0804 (2023)
- А.Л. Хомец, И.И. Холяво, И.В. Сафронов, А.Б. Филонов, Д.Б. Мигас. ФТТ, 64 (5), 564 (2022)
- J. Garg, G. Chen. Phys. Rev. B, 87 (14), 140302 (2013)
- Z. Aksamija, I. Knezevic. Phys. Rev. B, 88 (15), 155318 (2013)
- A. Kandemir, A. Ozden, T. Cagin, C. Sevik. Sci. Technol. Adv. Mater., 18 (1), 187 (2017)
- X. Liu, G. Zhang, Y.-W. Zhang. Carbon, 94, 760 (2015)
- Jmol: an open-source Java viewer for chemical structures in 3D: http://www.jmol.org/
- A. Stukowski. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng., 18, 015012 (2009)
- J. Tersoff. Phys. Rev. B, 39 (8), 5566 (1989)
- S. Plimpton. J. Comput. Phys., 117, 1 (1995)
- Y. He, I. Savic, D. Donadio, G. Galli. Phys. Chem. Chem. Phys., 14 (47), 16209 (2012)
- A. Carreras. (2021), phonoLAMMPS: A python interface for LAMMPS phonon calculations using phonopy (0.8.1), Zenodo (https://doi.org/10.5281/zenodo.5668319)
- A. Togo, I. Tanaka. Scr. Mater., 108, 1 (2015)
- A. Carreras, A. Togo, I. Tanaka. Comput. Phys. Commun., 221, 221 (2017)
- D.B. Migas, P. Raiteri. L. Miglio, A. Rastelli, H. von Kanel. Phys. Rev. B, 69, 235318 (2004)
- X. Wang, B. Huang. Sci. Rep., 4, 6399 (2014)
- H. Zhu, C. Zhao, P. Nan, X-m. Jiang, J. Zhao, B. Ge, C. Hiao, Y. Xie. Chem. Mater., 33, 1140 (2021)
- H. Xie. Mater. Lab., 1, 220051 (2022)
- F. Sansoz. Nano Lett., 11, 5378 (2011)
- M. Hu, K.P. Giapis, J.V. Goicochea, X. Zhang, D. Poulikakos. Nano Lett., 11, 618 (2011).
Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.
Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.