中国工程热物理学会传热传质学学术会议论文编号：103002基底对硅纳米线热导率影响的分子动力学研究王建强1,2，魏志勇1,2，毕可东1,2，陈敏华1,2，陈云飞1,2,3(1东南大学机械工程学院南京210096)(2东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室南京210096)(3东南大学MEMS教育部重点实验室南京210096)（Tel:15895863756,Email：wjqcc@126）摘要：采用非平衡态分子动力学模拟的方法研究了硅纳米线平放在基底上的轴向热导率，结果表明基底的存在降低了纳米线的热导率，且随着温度的升高，热导率逐渐降低。通过改变纳米线与基底之间的范德华作用力强度，研究了基底约束对硅纳米线热导率的影响，结果表明，随着作用力强度的增加，纳米线热导率逐渐减小。模拟结果还显示，基底维数的降低能够进一步减小硅纳米线的热导率。关键词：轴向热导率；纳米线；基底；分子动力学。MoleculardynamicssimulationoftheeffectsofsubstrateonthethermalconductivityofsiliconnanowireWang激anqiang1,2,WeiZhiyong1,2,BiKedong1,2,ChenMinhua1,2,ChenYunfei1,2,3(1SchoolofMechanicalEngineering,SoutheastUniversity,Nan激ng210096)(2激angsuKeyLaboratoryforDesignandManufactureofMicro-NanoBiomedicalInstruments,SoutheastUniversity,Nan激ng210096)(3MEMSKeyLaboratoryofChinaEducationalMinistry,SoutheastUniversity,Nan激ng210096)Abstract:Thelongitudinalthermalconductivityofsiliconnanowireonsubstrateisinvestigatedbynon-equilibriummoleculardynamicssimulations(NEMD).Theresultsshowthatthepresenceofthesubstratelowersthethermalconductivityofsiliconnanowire,andthethermalconductivitydecreaseswiththeincreasingtemperature.TheeffectsofthesubstrateonthethermalconductivityofsiliconnanowirearealsoexploredbychangingthestrengthofvanderWaalsinteractionbetweensubstrateandnanowire.Itdemonstratesthatthethermalconductivityofnanowiredecreaseswiththeincreaseofinteractionstrength.Thepresentstudyalsoshowsthatloweringthedimensionofsubstrateleadstoareductioninthethermalconductivityofsiliconnanowireonit.Keywords:longitudinalthermalconductivity;nanowire;substrate;moleculardynamics______________________________基金项目：国家自然科学基金资助项目(50776017)0前言随着当前电子技术的快速发展，电子器件的特征尺寸已经缩小至纳米尺度。在纳米尺度下，器件能否良好运行在很大程度上取决于其产生的高密度额外能量转移效率的高低。热电材料制冷是利用电子的帕尔贴效应带走多余的热量，与传统制冷方式相比，热电制冷是一种集成度高，无噪声，无污染的绿色环保制冷技术[1，2]。目前热电器件的瓶颈问题是热电品质因素（主题）值太低，工作效率不尽人意[3]。但随着半导体制造技术的快速发展，人们逐渐认识到降低材料的维数可以降低材料的热导率，从而提高热电材料的主题值。而硅纳米线作为典型的一维材料，因其人工制备工艺，如VLS(Vapour-Liquid-Solid)、EE(ElectrolessEtching)等[4，5]日渐成熟，及良好的热电性能成为热电材料研究的热点。描述硅纳米线的热传导机理的模型已经很多[6-10]，Li等[11]首次使用实验的方法研究了不同直径的单根硅纳米线在20K到320K的热导率，结果表明硅纳米线的导热系数比体态硅的导热系数小将近两个数量级，并且随着直径减小热导率逐渐降低。Chen等[12]的MC模拟表明对于直径较小的纳米线，热导率的减小主要是由于声子色散关系的改变引起的。纳米线较大的表面积与体积比使得声子的输运受到了限制，降低了热导率。上面提到的都只是研究了单根纳米线的热传导机理，而在很多纳米器件中，如用于绝热的硅基微纳系统[13]，硅纳米线就与硅基底接触形成网状材料[14]。纳米组件的相互接触尺寸已经被证明对于单根纳米线或纳米线网络结构中电子状态[15]及电流传输[16]都有显著的影响。本文采用非平衡态分子动力学方法模拟了单根硅纳米线在硅基底上的热导率。为了体现出纳米线与基底界面之间的非键作用效果，本文特别选用了描述范德华...