포논 평균자유행로 분포를 이용한 실리콘 포노닉 나노 구조에서의 포논 전달 예측 모델 (Prediction Model for Thermal Phonon Transport in Silicon Phononic Nanostructures Using Phonon Mean-Free Path Spectrum Distributions)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 42권 / 3호 / 221 ~ 228페이지
· 저자명 : 진재식

초록

본 연구는 포논(phonon) 평균자유행로(mean free path, MFP) 스펙트럼(spectrum) 분포 별 열전도 기여도를 이용하여, 실리콘(Si)-포노닉 결정체(phononic crystals, PnC) 내 포논 전달 해석 모델을 제시했다. Si-PnC 내 포논 MFP에 대한 현상학적 접근(phenomenological approach)을 이용하여, Si-PnC 내 복잡한 홀(hole)-포논 산란(scattering) 정도를 표현할 수 있는 간단한 인자를 도입하고, 기존 연구에서 제시한 다양한 실험 조건 및 결과를 활용하여 모델을 완성했다. 이렇게 개발된 모델을 기존의 다른 조건의 Si-PnC 열전도율 측정 결과들에 적용하여, 본 연구에서 제시된 모델의 타당함을 보였고, 모델 개발 과정에서 사용된 홀(hole)-홀 간격의 범위를 벗어나는 경우에 대한 맞춤 매개 변수(fitting parameter) 값을 추가로 구하여, 본 모델의 결과가 기존의 Monte Carlo 기법의 수치적 결과 보다 예측 정확도가 높음을 확인했다. 본 연구결과는 향후 열전모듈 효율 향상 및 반도체 시스템의 열 관리 및 열 제어 연구에 활용될 수 있다.

영어초록

Using data from phonon mean-free path (MFP) spectrum distributions of silicon (Si), a model for estimating the thermal conductivity (K) of Si-phononic crystals (PnC) was developed. Based on the phenomenological approach regarding phonon MFP in a Si-PnC, simple fitting parameters were introduced to express the complex hole-phonon scattering mechanisms. By using previous experimental conditions and measured results, the fitting parameters were determined. The present model was applied to other existing measurement conditions for measuring K in Si-PnC, from which the justification for the method developed here was identified. Additional parametric values for conditions beyond those used in the developed hole-hole intervals were obtained, and we can confirm that the accuracy is higher than the accuracy of the numerical result obtained by the existing Monte Carlo technique. This study can be used in future for thermal management and the thermal control of semiconductor systems.

참고자료

· 없음