Revisiting the Mechanisms of Thermal Transport in Vacancy-Defective Silicon
本文利用维格纳输运方程研究含空位缺陷硅的热传导，发现空位不仅缩短声子寿命，还通过削弱速度算符主导热导率下降，且非谐性效应会随空位浓度增加由抑制转为增强热导率，挑战了传统声子气体图像。
2025-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Modulation of Thermal Conductivity in Kinked Silicon Nanowires: Phonon Interchanging and Pinching Effects
我们进行分子动力学模拟，以研究在硅纳米线的扭结的热导率的降低。在室温下还原率可高达70%。还计算了还原的温度依赖性。通过计算声子极化矢量，发现两种机制是导致热导率降低的原因：（1）纵向声子模和横向声子模之间的相互作用;（2）扭曲和横向声子模的箍缩效应，即一种新的局域化机制.我们的工作表明，声子互换和箍缩效应，诱导扭结，是全新的和有效的方式在调制的纳米线的热传递，这使得扭结硅纳米线是一个有前途的候选热电材料。
2013-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Relaxation and derelaxation of pure and hydrogenated amorphous silicon during thermal annealing experiments
用拉曼光谱和差示扫描量热法分析了纯非晶硅（a-Si）和氢化非晶硅（a-Si：H）材料在热退火实验中的结构弛豫。与a-Si不同，从a-Si：H中放出的热不能用Si-Si网络应变的弛豫来解释，但它揭示了键角应变的弛豫。由于退火后的弛豫状态是非常相似的纯和氢化材料，我们的研究结果提供了强有力的实验支持预测的a-Si和晶体硅之间的构型间隙。
2010-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Optical and electrical properties of textured sulfur hyperdoped silicon: a thermal annealing study
当硫元素超掺杂到晶体硅中达到1020 cm-3的过饱和密度时，它可以使硅的亚带隙光吸收从0提高到70%，并具有表面圆顶结构。另一方面，局部Si：S配置，可以有助于强的子带隙吸收仍然是未知的。为了发现这种局域Si：S结构的更多特征，我们对织构化的硫超掺杂硅进行了热退火，并分析了其光学和电学性质的变化。我们发现，这种Si：S结构的复介电常数的虚部在1250 nm到2500 nm的波长范围内几乎是恒定的。
2014-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Thermal expansion coefficient of single crystal silicon from 7 K to 293 K
我们用成像式泰曼-格林干涉仪在7 ~ 293 K温度范围内测量了三个单晶硅样品的绝对长度，测量的不确定度约为1 nm。从这些测量中，我们提取的热膨胀系数的顺序为$1\times 10^{-9} {\rm /K}$的不确定性。为了获得长度对温度的函数依赖性，通常将多项式拟合到数据。相反，我们使用一个物理动机的模型方程与7个拟合参数的整个温度范围。从最佳拟合的导数获得热膨胀系数。在2012年和2014年进行的测量证明了高再现性，并且两个独立生产的样品的一致性支持单晶硅作为热膨胀的参考材料。尽管所有三个样品的结果彼此一致，并与其他研究所进行的测量结果一致，但它们与晶体硅的热膨胀推荐值有很大差异。
2015-07-24 cond-mat.mtrl-sci
A nuclear quantum effect with pure anharmonicity and the anomalous thermal expansion of silicon
尽管硅在现代技术中被广泛使用，但其特有的热膨胀还没有得到很好的理解。将谐波声子适应于温度下的比容，即准谐波近似，已被接受用于模拟热膨胀，但对微观机制给出了模糊的解释。为了测试原子机制，我们进行了非弹性中子散射实验，从100- 1500 K的硅单晶，以测量声子频率的变化。我们的国家的最先进的从头计算，充分考虑声子非谐性和核量子效应，再现了测量的个别声子随温度的变化，而准谐波位移大多是错误的符号。令人惊讶的是，被接受的准谐波模型被发现预测的热膨胀，由于一个偶然的取消的贡献，从个别声子。
2018-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Thermally activated reorientation of di-interstitial defects in silicon
我们提出了一个双间隙模型的P6中心通常观察到的离子注入硅。双间隙结构和不同缺陷取向之间的跃迁路径可以解释P6中心从低温C1h对称性到室温D2d对称性的热激活跃迁。由从头计算确定的缺陷重取向的激活能为0.5 eV与实验一致。我们的双间隙模型建立了点缺陷和扩展缺陷之间的联系，双间隙提供了生长的核心。
1999-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Comparing electron-phonon coupling strength in diamond, silicon and silicon carbide: First-principles study
从第一性原理出发，研究了四面体半导体金刚石、硅和立方碳化硅中电子-声子耦合引起的电子带隙重正化。在振动态与价带最大值和导带最小值的耦合之间存在显著的差异。声子耦合到价带最大值的强度在三个系统之间是相似的，并且由改变键长的振动支配。到导带最小值的耦合强度在金刚石、碳化硅和硅中显著不同。在金刚石中，耦合由声子布里渊区中的六个小的振动态口袋主导，这最终导致了这种材料中更强的电子-声子耦合。我们的研究结果代表了对半导体和绝缘体中的电子-声子耦合的先验理解的发展的第一步，这应该有助于设计具有定制的电子-声子耦合特性的材料。
2014-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Significant reduction of lattice thermal conductivity by electron-phonon interaction in silicon with high carrier concentrations: a first-principles study
电子-声子相互作用对金属和半导体中的电子输运产生了很大的阻碍作用，但对电子-声子相互作用对声子输运的影响，特别是对半导体中声子输运的影响研究较少。我们计算的声子寿命由于散射与电子（或空穴），将它们与本征寿命由于非谐声子-声子相互作用，所有从第一性原理，并评估电子-声子相互作用对硅的晶格热导率的影响。出乎意料的是，我们发现当载流子浓度超过1 e19 cm-3时，室温下的晶格热导率显著降低（在p型硅中，在1 e21 cm-3左右降低高达45%），这是与热电材料具有很大技术相关性的范围。
2014-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Thermally stimulated H emission and diffusion in hydrogenated amorphous silicon
本文报道了氢化非晶硅中氢动力学的第一性原理从头算密度泛函计算。主机硅原子的热运动驱动H扩散，我们证明了直接模拟和简单的模型解释。Si-Si键中心和Si环中心是局部能量极小值。我们还描述了一种新的机制，打破Si-H键释放自由原子H进入网络：波动键中心脱离（FBCD）辅助扩散。在a-Si：H中的H动力学由晶体中不存在的非晶相固有的结构波动主导。
2007-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Native surface oxide turns alloyed silicon membranes into nanophononic metamaterials with ultra-low thermal conductivity
在纳米尺度上详细了解微观结构和声子传播之间的关系对于设计具有所需声子和热性能的材料是必不可少的。在这里，我们揭示了表面氧化膜中声子相互作用的新机制，即，天然氧化物层通过局部共振与超薄硅膜中的声子相互作用。局域共振降低了低频声子群速度，缩短了它们的平均自由程，这一效应为超低热导率设计开辟了一条新的途径，因为它补充了散射机制，有效地散射了高频模式。天然氧化层和与浓度低至5%的锗合金化的组合将硅膜的热导率降低至比本体低100倍。此外，由原生氧化物表面层产生的共振机制对于热介电性降低特别有效，即使在非常低的温度下也是如此，在该温度下仅填充低频模式。
2017-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Novel non-thermal Ablation Mechanics in the Laser Ablation of Silicon
Institut für Funktionelle Materie und Quantentechnologien, Universität Stuttgart（斯图加特大学功能材料与量子技术研究所）
本研究通过超快激光烧蚀硅，揭示了新型非热消融机制，并利用热尖峰模型和分子动力学模拟，结合激发依赖性的Tersoff势能函数，系统性地构建了硅的激发依赖性相图。
2026-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion-reaction in thermal growth of silicon oxide films on Si
在干燥的O2中的Si上的氧化硅膜的热生长被建模为一个动力学系统，假设它基本上是一个扩散反应现象。过去十年的相关研究结果被纳入，作为结构和组成的氧化物/Si界面和O2运输和反应在生长的初始阶段。本模型偏离了成熟的Deal和Grove框架（Deal，B.E. Grove，A. S. General Relationship for the Thermal Oxidation of Silicon，J.Appl.Phys.36，3770-3778（1965）），表明其基本假设、稳态状态以及在尖锐氧化物/Si界面处O2和Si之间的反应仅渐近地获得。实验生长动力学的不同作者，获得了广泛的生长参数被证明崩溃成一个单一的曲线时，这个模型方程的缩放特性进行了探讨。
1999-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic heat conduction in silicon nanowire network revealed by Raman scattering
各向异性纳米材料具有有趣的热传输特性，因为它们允许热通量沿优先方向取向，这是由于它们的面内和跨面热导率之间的高比率（高达三个数量级）。在允许热导率评估的不同技术中，微拉曼散射被认为是最有效的非接触式测量方法之一。在这封信中，一个新的实验方法的基础上拉曼散射测量可变激光光斑尺寸的报告。实验和计算的一维纳米晶体固体的热阻之间的相关性允许同时估计其在平面和跨平面的热导率。特别是，我们的测量方法被成功地应用于硅纳米线阵列的各向异性热导率评估。
2017-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Effect of photons on atoms in crystallization of amorphous silicon films
采用光子参与的快速热退火方法对非晶硅薄膜进行退火处理，制备出了（220）择优取向的多晶硅薄膜。与此相反，常规的非晶硅薄膜的热退火导致（111）取向结晶的优先选择。这种差异揭示了光子对硅原子的影响被忽视，这导致晶格平面的优先取向在其投影平面上具有最小的原子密度，而不是最低的能量。
2017-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio lattice dynamical studies of silicon clathrate frameworks and their negative thermal expansion
用从头算密度泛函方法研究了7种硅笼形骨架结构（骨架I、II、IV、V、VII、VIII和H）的热力学和晶格动力学性质.本文利用准谐近似方法，并将其应用于等时位移关联函数，研究了负热膨胀（NTE）现象。所研究的笼形框架的热性能，不包括第七框架，类似于那些的晶体硅金刚石结构。发现笼形骨架VII具有高达300 K的反常NTE温度范围，这适合于进一步研究NTE机理。位移关联函数的研究表明，在NTE中，原子的均方位移和均方相对位移的体积导数的行为类似于振动熵体积导数，从而热膨胀系数作为温度的函数。所有研究的笼形框架，不包括VII框架，具有声子带隙或在框架V的情况下甚至两个。
2014-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Thermal Conductivity of 4H and 6H Silicon Carbide Measured Using Time-Domain Thermoreflectance
碳化硅（SiC）是一种宽带隙（WBG）半导体材料，在大功率和高频电子领域具有广阔的应用前景。在其许多有用的特性中，高导热性是至关重要的。本文利用飞秒激光时域热反射（TDTR）技术测量了三种SiC样品：n型4 H-SiC（N掺杂1 × 10^19 cm-3）、非故意掺杂（UID）4 H-SiC和Si 6 H-SiC（V掺杂1 × 10^17 cm-3）在250 K ~ 450 K温度范围内的各向异性热导率。通过选择合适的激光光斑半径和调制频率，我们同时测量了SiC的平行于（k_r）和穿过六边形平面（k_z）的热导率。对于k_r和k_z，导热系数的大小顺序为：Si 4 H-SiC> n型4 H-SiC> Si 6 H-SiC。这项工作是理解WBG半导体热传输的重要基准。
2017-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted Auger-Meitner Recombination in Silicon from First Principles
本文提出第一性原理方法研究硅中直接和声子辅助俄格-迈特纳复合，发现声子辅助贡献主导n型和p型硅的复合速率，并揭示应变工程可调控该速率。
2023-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio studies on the lattice thermal conductivity of silicon clathrate frameworks II and VIII
采用从头算晶格动力学和线性化Boltzmann输运方程（BTE）的声子迭代解，研究了硅笼形结构II和VIII的晶格热导率.在100-350 K的温度范围内，发现笼形结构II和VIII具有比硅金刚石结构（d-Si）低1/2和1/5的晶格热导率值。笼形结构II的晶格热导率较低的主要原因相比，d-Si被发现是谐波声子谱，而在笼形结构VIII的情况下，差异主要是由于谐波声子谱，部分是由于声子的弛豫时间较短。在所研究的笼形结构中，非谐效应对晶格热导率的影响大于晶胞尺寸。对于结构II，预测的晶格热导率与先前在室温下多晶样品获得的实验结果相差约20倍。
2016-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Low thermal conductivity of iron-silicon alloys at Earth core conditions with implications for the geodynamo
地核由铁（Fe）与轻元素合金组成，例如，硅（Si）。它的导热性对地球的热结构、演化和动力学有着至关重要的影响，因为它控制着维持地球历史上地球发电机所需的热量和成分来源的大小。在这里，我们直接测量固体Fe和Fe-Si合金的热导率高达144 GPa和3300 K。在132 GPa和3000 K下，15at%的Si合金化在Fe中显著地降低了其电导率约2倍。含有15at% Si的外芯的电导率约为20 W m-1 K-1，在类似的压力-温度条件下低于纯Fe。这表明，一个较低的最小热流，约3太瓦，通过核幔边界比以前预期的，因此更少的热能需要操作的地球发电机。我们的研究结果提供了内核年龄可能超过20亿年的关键限制。
2020-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Thermal evolution of silicon carbide electronic bands
特别是，直接观察半导体在宽温度范围内的各个能带的温度依赖性并不简单。然而，这个基本性质是理解半导体的电子-声子耦合的先决条件。本文将\emph{ab initio}多体微扰理论应用于六角碳化硅（SiC）晶体上的电子-声子耦合，并确定了能带的温度依赖性。我们发现在0~K的带隙中存在一个显著的电子-声子重整化。导带和价带都在高温下发生位移，表现出不同的行为。我们将我们的理论结果与观察到的SiC能带边缘的热演化进行了比较，并根据高温SiC电子学和缺陷量子比特操作讨论了我们的发现。
2019-12-18 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Simulation of Electron Mean-Free-Path Spectra and Thermoelectric Properties in Silicon
载能体的平均自由程（MFP）对于更好的热电材料的纳米工程至关重要。尽管近年来在基于第一性原理的声子MFP的光谱分布的理解方面取得了重大进展，但电子MFP的光谱分布仍然不清楚。在这项工作中，我们从第一性原理计算了硅中与能量相关的电子散射和多功能谱图。相对于电子MFP的电导率积累相比，声子热导率积累，以说明纳米结构对电子和声子传输的定量影响。通过结合所有的电子和声子输运性质的第一原理，我们预测的体硅和纳米结构的硅的热电性能，并发现，硅与20 nm的纳米晶粒可以导致超过5倍的增强其热电优值的晶界散射声子更显着比电子，由于其不同的MFP分布。
2015-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of Arsenic Diffusion During Rapid Thermal Annealing of Silicon Layers Doped with Low-Energy High-Dose Ion Implantation
本文建立了离子注入As的瞬态增强扩散模型，并发展了有限差分法对所得到的方程组进行数值求解。同时考虑了界面附近点缺陷分布的不均匀性和对砷团簇的更精确描述。快速退火过程中As扩散的模拟结果与实验数据吻合较好。关键词：扩散;团簇;离子注入;砷;硅PACS：66.30.Jt
2006-11-09 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Prediction of the Softening of the Silicon Shock Hugoniot Curve
采用无轨道分子动力学（OFMD）和路径积分蒙特卡罗（PIMC）两种第一性原理方法，研究了硅在极高压（>100 Mbar）下的冲击压缩过程.虽然这两种方法的压力非常一致，但PIMC预测了第二个压缩最大值，因为1 s电子电离在OFMD计算中是不存在的，因为基于费米的理论缺乏壳层结构。采用Kohn-Sham密度泛函理论计算了低压（P < 100 Mbar）下热态致密硅的状态方程。结合这些第一性原理物态方程的结果，导出了硅在1 Mbar ~ 10 Gbar压力范围内的主冲击Hugoniot曲线。我们发现硅比广泛使用的EOS模型预测的软20%或更多。现有的高压实验数据（P = 1 - 2 Mbar）似乎表明硅的这种软化行为，这需要未来的强冲击实验（P > 10 Mbar）来基准我们的结果。
2016-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Monte Carlo simulations for phonon transport in silicon nanomaterials
在纳米结构中，声子输运行为明显不同于体材料中的输运，使得可以实现具有超低热导率和增强的热电性能的材料。在包括分级尺寸的夹杂物和孔的纳米晶体材料中已经实现了低热导率。纳米多孔结构提供了一组有前途的材料性质和结构，其允许超低热导率，甚至低于非晶极限。在本文中，我们概述了一个半经典的蒙特卡罗程序的声子输运的研究，并提出了在纳米多孔和纳米晶硅的热导率的调查。采用不同的无序几何构型，研究孔隙和晶界对声子通量和热导率的影响，包括边界粗糙度，孔隙位置和孔径的影响。在恒定孔隙率下，通过与少量较大直径孔相比具有大量较小直径孔来最大化热导率降低。此外，我们表明，孔隙率有更大的影响比边界粗糙度的热导率。我们的模拟器验证了多个模拟和实验工作的原始硅通道和纳米多孔结构。
2019-02-28 cond-mat.mtrl-sci
TASC-1D-cSi: a simulation tool to scrutinize the thermal impacts on the performances of crystalline silicon solar cells
描述了用于深入分析太阳能电池性能的热影响的模拟工具的能力。TASC-1D（Thermal Analysis of Solar Cells - 1D，version cSi）解决了晶体硅电池的耦合电、辐射和热传输问题，作为辐射和热条件的函数。除了使用现有模拟工具获得的电输出外，它还提供了电池平衡温度以及许多相关量的空间和光谱分布。总结了物理模拟和相关的数值求解技术。具有规定的电池温度的结果案例表明，代码表现良好，能够提供有价值的信息的量子效率和功率损耗机制，并能够处理漫辐射。讨论了热源与光电损耗之间的复杂关系。其他情况下，包括热传递问题的解决方案和分析进行电池的工作温度和效率作为热条件的函数。这种模拟工具很可能允许新的优化光电池，包括热标准，除了光学和电气标准。
2013-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-assisted optical absorption in silicon from first principles
完全从第一性原理出发，在准粒子水平上计算了硅的声子辅助带间光吸收谱。我们利用Wannier插值形式主义，以确定准粒子的能量，以及光学跃迁和电子-声子耦合矩阵元，在细网格的布里渊区。计算的光谱附近的间接吸收的发病是在一个温度范围内的实验测量非常好的协议。此外，我们的方法可以准确地确定硅在可见光范围内的光吸收光谱，这是光电和光伏应用的一个重要过程，不能用简单的模型来解决。计算形式是相当普遍的，可以用来理解一般的声子辅助吸收过程。
2012-02-15 cond-mat.mtrl-sci
First principle study of the thermal conductance in graphene nanoribbon with vacancy and substitutional silicon defect
采用非平衡格林函数（NEGF）方法，结合局域密度近似下的密度泛函理论第一性原理计算，研究了含空位和硅点缺陷（Si原子取代C原子）的石墨烯纳米材料的热导率.针对{ \it ab initio}方法的长程性质与NEGF方法的第一近邻性质之间的矛盾，提出了一种有效的力常数矩阵修正方法.在具有空位缺陷的纳米晶体中，热导率对空位缺陷的位置非常敏感。位于纳米晶中心的空位缺陷产生鞍状表面，通过对所有声子模式的强散射大大降低了热导率;而边缘空位缺陷仅导致边缘的进一步重构并略微降低热导率。对于Si缺陷，缺陷的位置对热导率的值不起作用，因为缺陷区域被限制在缺陷中心周围的狭窄区域内。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Boundary conditions dictate frequency dependence of thermal conductivity in silicon
本研究通过 Al/Si 与 Al/SiO$_2$/Si 的对比实验揭示，界面结构和温度通过调控声子散射及热非平衡，决定硅热导率是否表现出频率依赖性。
2024-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Deep Learning Inter-atomic Potential for Thermal and Phonon Behaviour of Silicon Carbide with Quantum Accuracy
碳化硅（SiC）是下一代半导体和核电站组件的重要材料。它的应用在很大程度上取决于它的热导率，而热导率对微观结构高度敏感。分子动力学（MD）模拟是研究纳米级器件或微结构中热输运机制的常用方法。然而，由于缺乏精确的原子间相互作用势，MD在SiC中的应用受到限制。在这项工作中，使用深势（DP）的方法，我们开发了两个原子间的潜力（DP-IAPs）的SiC的基础上两个自适应生成的数据集内的密度泛函近似在局部密度和广义梯度水平。这两个DP-IAP表现出他们的速度与量子精度在晶格动力学模拟以及声子输运的散射率分析。结合分子动力学模拟，系统地研究了其热输运和力学性能。所提出的方法和原子间的潜力铺平了道路的一个系统的方法来模拟SiC相关器件的热传输使用多尺度建模。
2021-10-21 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of intrinsic defect formation volumes in silicon
我们提出了一个广泛的第一性原理研究的压力依赖性的所有已知的空位和自填隙配置在硅中，在每个电荷状态从-2到+2。发现中性空位的形成体积随压力显著变化，导致弗伦克尔对（V + I）的零压力形成体积为非常大的负值（-0.68原子体积）。体积和电荷的相互作用进行了检查，导致压力费米能级的缺陷的稳定性图。最后，我们量化的各向异性性质的晶格弛豫周围的中性缺陷。
2005-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Engineering the thermal conductivity along an individual silicon nanowire by selective helium ion irradiation
设计材料导热性的能力使我们能够控制热量的流动，并获得新的功能，如热整流，热开关和热隐身。虽然这可以通过在体积尺度上使用复合材料和超材料来实现，但在微米和纳米尺度上设计热导率更具挑战性。在这项工作中，我们表明，沿着一个单一的硅纳米线的局部热导率可以调整到一个理想的值（结晶和非晶极限之间），通过选择性的氦离子辐照具有良好的控制剂量的高空间分辨率。通过分子动力学模拟和定量声子-缺陷散射率分析来理解基本机制，其中热导率随剂量的行为归因于散射中心在较低剂量下的积累和聚集。超过阈值剂量，观察到晶体-非晶转变。
2017-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of free-standing silicon nanowire using Raman spectroscopy
低维体系，特别是纳米线，已经表现出优异的光学和电学性质。了解半导体纳米线的热性质对于它们在电子器件中的应用是非常重要的。在本研究中，独立的硅纳米线（NW）的热导率估计采用拉曼光谱。这种技术的优点是光源（激光）既可以用作加热源，也可以用作激发源。研究了自支撑硅纳米线的一阶喇曼峰位置随温度和激光功率的变化。通过对暴露硅NW吸收的有效激光功率的关键分析、详细的拉曼研究以及硅NW中纵向热分布的概念，估计直径为112 nm的独立硅NW的热导率为~53 W/m. K。
2020-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Coefficient of Thermal Expansion Mismatch Induced Stress Calculation for Field Assisted Bonding of Silicon to Glass
组装过程中产生的残余应力是电子封装中普遍关注的问题。硼硅酸盐玻璃和硅之间的热膨胀系数的失配在温度变化时产生内部应力状态。这会影响微机电装置或组成元件的重要特性。如自振频率或刚度。本文研究了阳极键合玻璃和硅样品由于热膨胀系数失配而引起的应力。提出了基于层合板理论的应力计算方法。这种计算的使用实例进行了说明。对于键合硅和LK-5玻璃的几个计算结果。对几种厚度的硅和玻璃键合后的应力分布进行了分析。分析了玻璃-硅-玻璃键合结构中的应力分布。研究了玻璃与硅片厚度比对键合硅表面应力的影响。利用双折射现象对玻璃中的热失配应力进行了实验研究。本文给出了实验结果。关键词：阳极键合，场辅助键合，热膨胀，应力。
2017-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal conductivity of strained silicon: molecular dynamics insight and kinetic theory approach
在这项工作中，我们研究了拉伸和压缩力对硅的热导率的影响。我们采用平衡分子动力学方法计算了不同原子间相互作用势下的热导率。更具体地说，我们测试了Stillinger-Weber，Tersoff，环境依赖的原子间势和改进的嵌入原子方法势，用于描述不同应变和温度条件下的硅原子运动。此外，我们从分子动力学模拟中提取了声子态密度和色散曲线。这些数据用于考虑动力学理论方法的导热系数的直接计算。比较分子动力学和动力学理论模拟结果作为应变和温度的函数，使我们能够研究影响应变硅热导率的不同因素。
2019-08-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thermal Contact Resistance Across Nanoscale Silicon Dioxide and Silicon Interface
二氧化硅与硅（SiO $_{2}$ /Si）界面在半导体工业中起着非常重要的作用。然而，在纳米尺度下，其界面热性质至今还没有得到很好的理解。本文利用分子动力学模拟系统地研究了非晶二氧化硅和晶体硅异质结的界面热阻（Kapitza热阻）。结果表明，SiO $_{2}$ /Si界面的Kapitza电阻与界面耦合强度密切相关。在弱界面耦合极限下，Kapitza电阻依赖于详细的界面结构和异质结的长度，在不同的样品之间表现出较大的波动。与此相反，它几乎是不敏感的详细的界面结构或在强界面耦合限制的异质结的长度，在室温下产生约0.9 $\times10^{-9}$ m $^{2}$ KW $^{-1}$的几乎恒定的值。此外，还研究了在强界面耦合极限下的温度依赖性Kapitza电阻。研究结果为纳米SiO $_{2}$ /Si界面的热管理和散热提供了有益的指导，尤其是对基于硅纳米线的纳米电子和光子器件的设计具有重要意义。
2012-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
An optimized interatomic potential for silicon and its application to thermal stability of silicene
本文用改进的Tersoff模型构造了一个优化的硅原子间相互作用势。该势再现了Si的宽范围的性质，并且相对于点缺陷结构和能量、表面能和重构、热膨胀、熔化温度和其它性质，改进了现有的势。建议的潜在的比较与其他三个潜在的文献。的潜力表现出合理的协议与第一性原理结合能的小硅团簇，以及单层和双层硅。这四种电位被用来评估纳米带、纳米片和纳米管形式的自支撑硅烯的热稳定性。虽然单层硅烯在零开尔文下是机械稳定的，但预计在室温下会变得不稳定并崩溃。相比之下，双层硅烯表现出更大的弯曲刚度，并在室温下甚至高于室温下保持稳定。结果表明，双层硅烯可能存在于一个独立的形式在环境条件下。
2017-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Thermal excitation of flexoelectricity in silicon
本文研究了硅在223-473 K范围内的挠曲电效应，发现本征硅的挠曲电系数随温度变化近两个数量级，而重掺杂硅几乎不变，并建立了挠曲电、温度与带隙的定量关系，为硅基机电器件开发提供参考。
2025-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Sub 20 nm Silicon Patterning and Metal Lift-Off Using Thermal Scanning Probe Lithography
本研究利用热扫描探针光刻结合三层堆叠工艺，实现了20 nm以下的硅图形化与高分辨率金属剥离，线边缘粗糙度低于3 nm，并验证了其在纳米器件电极制备中的应用。
2014-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Lattice dynamics of disordered phases of silicon and spatially resolved computations of thermal conductivity
Ohio University（俄亥俄大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Connecticut（康涅狄格大学）
本文通过DFT质量势模拟非晶硅，发现其存在异常原子位置波动的简谐模式，并利用位点投影热导率揭示这些动力学决定热传输，推测此现象普遍存在于无序系统。
2026-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Heteroepitaxial growth of high-K gate oxides on silicon: insights from first-principles calculations on Zr on Si(001)
本文用电子结构计算方法研究了Zr在a-Si（001）表面的金属沉积。每个Zr吸附原子的能量作为覆盖率的函数表明，Zr形成硅化物岛，即使在低覆盖率。吸附的Zr对体硅化物ZrSi 2的形成是不稳定的。观察到岛由块状硅化物的结构元素组成，这表明硅化物晶粒将自发形成。
2003-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Direct Calculation of Modal Contributions to Thermal Conductivity via Green-Kubo Modal Analysis: Crystalline and Amorphous Silicon
在这封信中，我们推导出一种新的方法，直接计算的模式的热导率的贡献，这是所谓的格林-久保模态分析（GKMA）。GKMA方法将晶格动力学形式主义与用于热导率的Green-Kubo公式相结合，使得热导率成为模式贡献的直接总和，其中不需要定义声子速度。因此，GKMA方法可以应用于任何材料/原子组，其中原子在稳定的平衡位置周围振动，这不仅包括结晶线化合物，而且还包括随机合金，非晶材料甚至分子。GKMA方法为声子输运的性质提供了新的见解，因为它将问题转化为模式-模式相关而不是散射，并提供了一种通用的统一形式主义，可用于理解基本上任何类型的材料或结构中的声子-声子相互作用，其中原子在稳定的平衡点周围振动。
2015-03-27 cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Hybrid Photovoltaic Thermal Device Operating Conditions on Intrinsic Layer Thickness Optimization of Hydrogenated Amorphous Silicon Solar Cells
从历史上看，混合太阳能光伏热（PVT）系统的设计集中在冷却晶体硅（c-Si）基光伏（PV）设备，以避免温度相关的损失。这种方法忽略了热力系统中的相关性能损失，并导致系统的总有效能降低。因此，本文探讨了使用氢化非晶硅（a-Si：H）作为PVT的吸收材料，以保持更高和更有利的操作温度的热系统。非晶硅不仅具有比c-Si更小的温度系数，而且可以通过退火去除来自Staebler-Wronski效应的缺陷状态而在更高温度的延长时间段内显示出改善的PV性能。为了确定a-Si：H PV性能的潜在改进与通过更高的操作温度使得i层的厚度增加相关，在25 ° C（STC）、50 ° C（代表性PV操作条件）和90 ° C（代表性PVT操作条件）的温度下在1个太阳照度（AM 1.5）下测试a-Si：H PV电池。在每个温度下评估i层厚度为420、630和840 nm的PV电池。结果表明，在90 oC下操作a-Si：H基PV，i层比目前商业生产中使用的电池厚，与在PV或PVT操作温度下操作的较薄电池相比，提供了更大的功率输出。这些结果表明，在PVT系统中引入a-Si：H作为吸收材料可以改善热性能，同时改善a-Si：H基PV的电性能。
2012-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport in nanoporous holey silicon membranes investigated with optically-induced transient thermal gratings
在这项研究中，我们使用瞬态热光栅光学技术\textemdash一个非接触，激光为基础的热计量技术，具有固有的高精度\textemdash，以调查在两个纳米多孔多孔硅膜的限制尺寸分别为100 nm和250 nm的室温声子介导的热输运。我们比较实验结果的声子介导的热输运根据声子玻尔兹曼输运方程（BTE），使用两种不同的计算技术的从头计算。我们发现，在Casimir框架内进行的计算，即基于BTE与体声子色散和漫散射从表面，是定量协议与实验数据，从而得出结论，该框架是足够的描述声子介导的热传输通过多孔硅膜的特征尺寸的顺序为100 nm。
2020-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the formation process of silicon carbide nanophases via hydrogenated thermally induced templated synthesis
以氨气或氮气为载气，单壁碳纳米管（SWCNT）为模板，以气态Si为原料，采用热诱导模板法合成SiC纳米管和纳米纤维。单壁碳纳米管束既作为碳源，又作为SiC结构形成的纳米框架。取决于热诱导模板化反应的持续时间，对于固定的温度、载气和气压，获得各种SiC纳米结构。这些结构包括涂覆在C中的SiC纳米棒、SiC纳米棒、SiC纳米管和SiC纳米晶体。从我们的分析，使用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM），电子能量损失谱（EELS），电子衍射（EDX），光学吸收光谱和拉曼光谱作为探针，我们证明了H具有不同的SiC纳米结构的形态和化学计量的关键作用。
2004-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Thermal transport enhancement of hybrid nanocomposites; impact of confined water inside nanoporous silicon
本文介绍了多孔硅和纳米杂化多孔硅/水体系的热输运性质。用平衡分子动力学方法研究了由球形孔洞或充水孔洞组成的多孔体系的导热系数。我们发现大的热导率增强的纳米混合系统相比，其干燥的多孔对应物，这不能被捕获的有效介质理论。这种热导率的上升与液/固界面比表面积的增加有关。我们证明了原始多孔硅和“多孔硅液体/复合物”的热导率的两倍以上的显著差异是由于接近“固/液界面”的液体密度波动（分层效应）。由于界面区域的高比表面积，这种效应变得更加重要。具体地，对于0.3（1/nm）的比表面积，有效热导率的增强为50%，并且随着表面积与体积比的增加，有效热导率进一步增加。我们的研究提供了有价值的见解混合液体/固体纳米复合材料的热性能和纳米多孔材料内的限制液体的重要性。
2020-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon thermal transport in 2H, 4H and 6H silicon carbide from first principles
碳化硅（SiC）是一种宽带隙半导体，具有多种工业应用。其许多有用的特性之一是其高导热性，这使其有利于热管理应用。在本文中，我们提出了\textit{ab initio}计算的平面内和跨平面的热导率，$κ_{\text{in}}$和$κ_{\text{out}}$，三个常见的六方多型体的SiC：2 H，4 H和6 H。声子玻尔兹曼输运方程迭代求解作为输入的密度泛函理论确定的原子间力常数。在$n$ H SiC中，由于附加的低位光学声子分支，$κ_{\text{in}}$和$κ_{\text{out}}$都随着$n$的增加而减小。这些光学分支的特征在于低的声子群速度，并且它们增加了声学模式的声子-声子散射的相空间。此外，对于所有的$n$，$κ_{\text{in}}$被发现是大于$κ_{\text{out}}$在考虑的温度范围。在实验样品中存在的电子浓度下，电子对声子的散射被证明是可以忽略不计的，除了远低于室温时，它可以导致晶格热导率的显着降低。这项工作突出了权力的\textit{ab initio}的方法，在材料中的热传输的定量，预测性的描述。它有助于解释不同的热导率测量数据集之间存在的定性差异，并提供了测量数据所获得的样品的相对质量的信息。
2017-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic, and optical properties of the C-C complex in bulk silicon from first principles
硅中CiCs复合物的结构长期以来一直是争论的主题。许多理论和实验研究试图阐明这些缺陷的性质，这些缺陷是发光G中心的起源。这些缺陷与激光中的应用相关，并且控制它们在体硅中的形成和浓度将是有利的。因此，了解它们的结构和电子性质至关重要。在本文中，我们提出的结构，电子和光学性质的四种可能的配置的CiCs复杂的体硅，即A-，B-，C-和D-形式。用密度泛函理论和多体微扰理论研究了它们的构型。我们的研究结果表明，在某些实验中，C型被误解为B型。我们的光学研究也倾向于排除任何贡献的A-和B-形式的光发射。综上所述，我们的研究结果表明，C-形式可能在重碳掺杂硅中发挥重要作用。
2018-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Structure and lattice thermal conductivity of grain boundaries in silicon by using machine learning potential and molecular dynamics
在硅中，晶格热导率在诸如热电和微电子器件的广泛应用中起着重要作用。多晶硅中的晶界（GB）可以显着降低晶格热导率，但GB原子结构对其的影响仍有待阐明。这项研究证明了使用机器学习势（MLP）对硅中GB结构，GB能量和GB声子性质的准确预测。结果表明，由于MLP是从覆盖各种结构的训练数据集开发的，因此MLP能够进行鲁棒的GB结构搜索。我们还研究了晶格热传导在四GB原子结构，使用大尺度微扰分子动力学和声子波包模拟。这些结果的比较表明，GB结构的热导率的依赖性源于非简谐振动在GB，而不是从声子传输行为在GB。与典型的经验电位的硅相比，MLP的优点也进行了深入的研究。
2021-05-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal Interface Conductance between Aluminum and Silicon by Molecular Dynamics Simulations
采用非平衡分子动力学方法模拟了Al/Si界面热导。在模拟中，电子和声子之间的耦合被认为是通过使用一个随机力。结果表明，界面热导的尺寸依赖性和电子-声子耦合的界面热导的影响。为了理解界面阻力的机理，计算了振动功率谱。我们发现，界面附近的原子能级无序是界面声子输运的一个重要方面，它导致界面附近的声子态的修改。在那里，界面附近的振动光谱与体相有很大的不同。振动光谱的这种变化影响了AMM和DMM理论预测的结果，并表明新的物理涉及声子跨界面输运。保留字：
2014-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Electronic stopping for protons and α particles from first-principles electron dynamics: The case of silicon carbide
我们提出了第一性原理确定具有重大技术意义的半导体材料：碳化硅中质子和α粒子的电子阻止能。计算是基于非平衡模拟的电子响应，快速离子使用实时，时间依赖的密度泛函理论（RT-TDDFT）。我们比较的结果，从这个第一性原理的方法，广泛使用的线性响应形式主义和确定的离子速度范围内的线性响应处理是适当的。我们还使用非平衡电子密度在我们的模拟定量地解决长期存在的问题的速度依赖的有效电荷状态的抛射离子在材料中，由于其在线性响应理论的重要性。我们进一步研究了最近提出的质心路径近似的有效性，以减少从RT-TDDFT模拟获取停止功率曲线的计算成本。
2018-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Molecular-dynamics thermal annealing model of laser ablation of silicon
提出了一个分子动力学热退火模型来研究皮秒脉冲激光烧蚀晶体硅的机理。根据热退火模型，将308 nm，10 ps高斯脉冲与Si（100）衬底相互作用的微观过程的详细描述嵌入到分子动力学方案中。这是通过明确占载流子声子散射和载流子扩散。低于消融的预测阈值注量$F_{th}=0.25 \text{J/cm}^{2}$，表面呼吸模式表明固体通过产生压力波恢复内部平衡。以上$F_{th}$，我们的模拟表明，物质的去除是由次表面过热效应触发的：材料的强烈加热导致激光沉积能量的热约束。结果，材料被过热到对应于硅的临界点的温度，并且在吸收体积内建立了强的压力梯度。同时，载流子扩散到体中导致在表面下形成陡峭的温度梯度。物质的去除随后由压力梯度的松弛驱动：大块-几个原子层厚-熔融材料以$\sim 1000 \text{m/s}$的初始轴向速度从表面排出，它们的排出是在表面下方的空隙成核之后。
2001-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of single and composite structural defects in pure amorphous silicon: a first-principles study
采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，对非晶硅（$a$ -Si）的结构和电子性质进行了研究.通过Car-Parrinello分子动力学（CPMD）模拟晶体硅模型的熔化和淬火，我们生成了几种不同的$a$ -Si样品，其中包含三重（$T_3$）、五重（$T_5$）和反常四重（$T_{4a}$）缺陷。利用这些样品，我们阐明了$a$ -Si的无序结构对其态密度特性的影响。随后，我们研究所获得的样品中发现的缺陷复合物的性质，包括一个，包括三个$T_5$缺陷，我们显示的缺陷复合物是能量稳定的条件。最后，我们研究了$a$ -Si中$T_5$缺陷的氢钝化过程，并表明$T_5$的氢化是一个放热反应，计算出H $_2$分子钝化两个$T_5$位置的活化能为1.05 eV.
2017-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Thermal emission of hydrogenated amorphous silicon microspheres in the mid-infrared
本研究探究氢化非晶硅微球的中红外热发射特性，明确其声子峰来源与耦合机制，分析不同激发强度下的结构变化规律，为相关微纳光子器件研发提供实验依据。
2025-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
