trudyniisiТруды НИИСИSRISA Proceedings2225-73493033-6422НИЦ «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ» - НИИСИtrudyniisi-25Research ArticleМОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МИКРО- И НАНО- ЭЛЕКТРОНИКЕMODELING OF PHYSICAL PROCESSES IN MICRO- AND NANO- ELECTRONICSТеплопроводность тонких кремниевых эллиптических наноструктурThermal Conductivity of Thin Silicon Elliptical NanostructuresМасальскийН. В.MasalskyN.

Москва

volkov@niisi.ras.ruФГУ ФНЦ НИИСИ РАНРоссия2022151020251248185Copyright © Масальский Н.В., 20252025Масальский Н.В.Masalsky N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.t-niisi.ru/jour/article/view/25

Обсуждается поведение аномальной теплопроводности кремниевых цилиндрических наноструктур с эллиптическим сечением в стационарных состояниях. При помощи численного моделирования показано, что аномальная теплопроводность связана с формой поперечного сечения. Чем меньше отношение меньшей полуоси эллипса к большей, тем выше теплопроводность эллиптических наноструктур. А также при повышении температуры вклад в аномальную теплопроводность из-за снижения числа Кнудсена превалирует над вкладом из-за снижения объемной теплопроводности. Поэтому, с ростом температуры наблюдается рост теплопроводности цилиндрических наноструктур с эллиптическим сечением. Полученные результаты демонстрируют аномальную природу теплопроводности тонких кремневых цилиндрических наноструктур с эллиптическим сечением, которая отличается от классических представлений о теплопроводности твердых тел. аннотации.

The behavior of anomalous thermal conductivity of silicon cylindrical elliptical nanostructures with elliptical cross-section in stationary states is discussed. Numerical simulation has shown that the abnormal thermal conductivity is related to the shape of the cross-section. The smaller the ratio of the large semi-axis of the ellipse to the smaller one, the higher the thermal conductivity of elliptical nanostructures. And that with an increase in temperature, the contribution to abnormal thermal conductivity due to a decrease in the Knudsen number prevails over the contribution due to a decrease in volumetric thermal conductivity. Therefore, with an increase in temperature, the thermal conductivity of cylindrical nanostructures with an elliptical cross-section increases by 28% in the range from 200 to 400 K. The obtained results demonstrate the anomalous nature of the thermal conductivity of thin silicon cylindrical nanostructures with an elliptical cross-section, which distinguishes them from the classical ideas about the thermal conductivity of solids.

теплопроводностьчисло Кнудсенауравнение Максвелла-Каттанео-Верноттакремниевые наноструктурыthermal conductivityKnudsen numberMaxwell-Cattaneo-Vernott equationsilicon nanostructuresReferencesJ.H. Davies. The physics of low dimensional semiconductors. New York, Plenum, 1998.J.H. Davies. The physics of low dimensional semiconductors. New York, Plenum, 1998.R. Luzzi, A.R. Vasconcellos, J. Galvão Ramos. Predictive statistical mechanics: A non equilibrium ensemble formalism. Fundamental theories of physics. Dordrecht, Kluwer, 2002.R. Luzzi, A.R. Vasconcellos, J. Galvão Ramos. Predictive statistical mechanics: A non equilibrium ensemble formalism. Fundamental theories of physics. Dordrecht, Kluwer, 2002.W. Liu, M. Asheghi. Phonon-boundary scattering in ultrathin single-crystal silicon layers. “Appl. Phys. Lett.”, V 84, (2004), 3819–3821.W. Liu, M. Asheghi. Phonon-boundary scattering in ultrathin single-crystal silicon layers. “Appl. Phys. Lett.”, V 84, (2004), 3819–3821.Z.M. Zhang. Nano/Microscale heat transfer. New York, McGraw-Hill, 2007.Z.M. Zhang. Nano/Microscale heat transfer. New York, McGraw-Hill, 2007.D. Jou, J. Casas-Vázquez, G. Lebon. Extended irreversible thermodynamics, 4th revised edn. Berlin, Springer, 2010.D. Jou, J. Casas-Vázquez, G. Lebon. Extended irreversible thermodynamics, 4th revised edn. Berlin, Springer, 2010.F. Schwierz, H.Wong, J. J. Liou. Nanometer CMOS. Singapore, Pan Stanford Publishing, 2010.F. Schwierz, H.Wong, J. J. Liou. Nanometer CMOS. Singapore, Pan Stanford Publishing, 2010.A. Sellitto, V. Cimmelli, D. Jou. Mesoscopic theories of heat transport in nanosystems. Springer Cham Heidelberg New York Dordrecht London, Springer International Publishing Switzerland, 2016.A. Sellitto, V. Cimmelli, D. Jou. Mesoscopic theories of heat transport in nanosystems. Springer Cham Heidelberg New York Dordrecht London, Springer International Publishing Switzerland, 2016.Н.В. Масальский. Аномальная теплопроводность в кремниевых цилиндрических наноструктурах. “Труды НИИСИ”, T 10, (2020), 45-51.Н.В. Масальский. Аномальная теплопроводность в кремниевых цилиндрических наноструктурах. “Труды НИИСИ”, T 10, (2020), 45-51.C. Cattaneo. Sur une forme de l’équation de la chaleur éliminant le paradoxe d’une propagation instantanée. “C. R. Acad. Sc.”, V. 247, (1958), 431–433.C. Cattaneo. Sur une forme de l’équation de la chaleur éliminant le paradoxe d’une propagation instantanée. “C. R. Acad. Sc.”, V. 247, (1958), 431–433.F.X. Alvarez, V.A. Cimmelli, D. Jou, A. Sellitto. Mesoscopic description of boundary effects in nanoscale heat transport. “Nanoscale Systems MMTA”, V. 1, (2012), 112–142.F.X. Alvarez, V.A. Cimmelli, D. Jou, A. Sellitto. Mesoscopic description of boundary effects in nanoscale heat transport. “Nanoscale Systems MMTA”, V. 1, (2012), 112–142.A. Sellitto, F.X. Alvarez, D. Jou. Geometrical dependence of thermal conductivity in elliptical and rectangular nanowires. “Int. J. Heat Mass Transfer”, V. 55, (2012), 3114–3120.A. Sellitto, F.X. Alvarez, D. Jou. Geometrical dependence of thermal conductivity in elliptical and rectangular nanowires. “Int. J. Heat Mass Transfer”, V. 55, (2012), 3114–3120.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.