Generalized Hydrodynamic Heat Transport in Semiconductors

Tesis doctoral

Resumen

Ésta tesis presenta una descripción unificadora de una variedad de experimentos de transporte térmico a la micro y nano escala en semiconductores como el silicio o el germanio. Se utilitza un modelo de transporte de calor hidrodinámico para predecir la respuesta no difusiva de sistemas complejos en situacions de relevancia tecnológica, como el proceso de enfriamento de un componente electrónico liberando calor hacia un sustrato semiconductor. El modelo no utilitza parámetros de ajuste en función de la geometría, sinó que utiliza parámetros calculados des de primeros principios. Los efectos de tamaño reducido o alta frecuencia se capturan a través de condiciones de contorno específicas y, por tanto, el modelo es una herramienta útil para el diseño de dispositivos micro electrónicos. Dado que la descripción hidrodinámica para el silicio no es el método convencional, en ésta tesis se presta especial atención a determinar la aplicabilidad del modelo en múltiples experimentos de forma unificadora. Como resultado, se identifican fenómenos no difusivos como la propagación de segundo sonido en campos térmicos fluctuantes en germanio, o múltiples tiempos de relajación en la evolución térmica de calentadores nano estructurados en silicio. Además, la descripción hidrodinámica se compara con otros modelos modernos para describir los mismos experimentos, y se proporciona un resumen de las herramientas teóricas necesarias (la termodinámica de no equilibrio y la teoria cinética). Utilizando las evidencias experimentales que se aportan, se concluye que el modelo hidrodinámico tiene capacidad predictiva de la respuesta térmica de materiales como el silicio a la nano escala dentro de un cierto rango de aplicabilidad.
Fecha de lectura28 sept 2021
Idioma originalInglés
SupervisorFrancisco Javier Bafaluy Bafaluy (Director/a) & Francesc Xavier Alvarez Calafell (Director/a)

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