論文の概要: Phonon dynamic behaviors induced by amorphous interlayer at
heterointerfaces
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.14901v1
- Date: Thu, 8 Jun 2023 08:53:03 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-02 13:37:04.312648
- Title: Phonon dynamic behaviors induced by amorphous interlayer at
heterointerfaces
- Title（参考訳）: アモルファス層によるヘテロ界面におけるフォノンの動的挙動
- Authors: Quanjie Wang, Jie Zhang, Vladimir Chernysh, Xiangjun Liu
- Abstract要約: 界面はヘテロ構造内の熱流を阻害し, 界面熱抵抗(ITR)は電子機器の熱散逸にとって重要な問題となっている。
本研究では,GaN/AlN界面を非晶質層で通過するフォノンの動的挙動について検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.833310976416188
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Interface impedes heat flow in heterostructures and the interfacial thermal
resistance (ITR) has become a critical issue for thermal dissipation in
electronic devices. To explore the mechanism leading to the ITR, in this work,
the dynamic behaviors of phonons passing through the GaN/AlN interface with an
amorphous interlayer is investigated by using phonon wave packet simulation. It
is found the amorphous interlayer significantly impedes phonon transport across
the interface, and leads to remarkable phonon mode conversions, such as
LA$\rightarrow$TA, TA$\rightarrow$LA, and LA$\rightarrow$TO conversion.
However, due to mode conversion and inelastic scattering, we found a portion of
high-frequency TA phonons, which are higher than the cut-off frequency and
cannot transmit across the ideal sharp interface, can partially transmit across
the amorphous interlayer, which introduces additional thermal transport
channels through the interface and has positive effect on interfacial thermal
conductance. According to phonon transmission coefficient, it is found the ITR
increases with increasing of amorphous interlayer thickness L. The phonon
transmission coefficient exhibits an obvious oscillation behavior, which is
attributed to the multiple phonon scattering in the amorphous interlayer, and
the oscillation period is further revealed to be consistent with the
theoretical prediction by the two-beam interference equation. In addition,
obvious phonon frequency shifts and phonon energy localization phenomena were
observed in the amorphous interlayer. Finally, to improve phonon transmission,
the interface morphology was further optimized via the annealing reconstruction
technique, which results in re-crystallization of the amorphous interlayer and
the decrease of ITR by ~21% as L=2 nm.
- Abstract（参考訳）: 界面はヘテロ構造内の熱流を阻害し, 界面熱抵抗(ITR)は電子機器の熱散逸にとって重要な問題となっている。
そこで本研究では,非晶質層でgan/aln界面を通過するフォノンの動的挙動をフォノン波パケットシミュレーションを用いて検討する。
アモルファス層は界面のフォノン輸送を著しく阻害し、LA$\rightarrow$TA、TA$\rightarrow$LA、LA$\rightarrow$TO変換などの顕著なフォノンモード変換をもたらす。
しかし, モード変換と非弾性散乱により, カットオフ周波数よりも高い周波数のTAフォノンの一部が, 理想的なシャープ界面を透過できず, アモルファス層を部分的に透過し, 界面を通じて熱伝達路を付加し, 界面熱伝導率に正の影響を及ぼすことがわかった。
フォノン透過係数はアモルファス層間厚lの増加に伴ってitrが増加することを示し、フォノン透過係数はアモルファス層間における多重フォノン散乱に起因する明らかな振動挙動を示し、振動周期は2ビーム干渉方程式による理論的予測とさらに一致することが判明した。
また, アモルファス層中に明らかなフォノン周波数シフトとフォノンエネルギー局在現象が観察された。
最終的に、フォノン伝送を改善するため、界面形態はアニーリング再構成法によりさらに最適化され、その結果、アモルファス層が再結晶し、L=2nmのITRが約21%減少する。
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