Modified numerical method for thin film thermal conductivity calculation with micro-raman spectroscopy
Mikro-raman spektroskopisi ile ince film termal iletkenlik hesaplaması için modifiye sayısal yöntem
- Tez No: 730987
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FATMA NAZLI DÖNMEZER AKGÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Raman spektroskopisi, Sayısal yöntemler, Termal iletkenlik, İnce filmler, Raman spectroscopy, Numerical methods, Thermal conductivity, Thin films
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Termodinamik ve Isı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İnce film malzemeleri son zamanlarda nano ve mikro ölçekli cihazlarda geniş uygulama yelpazesi nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Bu cihazlarla ilgili termal sorunların üstesinden gelmek için, ince film malzemeleri, toplu muadilleriyle aynı termal özelliklere sahip olmadıklarından termal olarak karakterize edilmelidir. İnce film termal iletkenliklerini bulmak için çeşitli analitik ve deneysel teknikler kullanılır. Mikro-Raman spektroskopisi, tahribatsız ve temassız yapısı nedeniyle diğer optik termal iletkenlik ölçüm teknikleri arasında tercih edilen bir tekniktir. Ancak hem Raman lazerden lokalize ısı oluşumundan hem de sınırlarda fonon saçılmasından kaynaklanan termal boyut etkileri, mevcut yöntemlerle termal iletkenliklerin hatalı tahmin edilmesine neden olmaktadır. Bu çalışmada, Raman deneyi sırasındaki gerçek koşulları simüle etmek için gri fonon Boltzmann taşıma denklemi (BTE) kullanılmıştır. Geliştirilen sanal Raman deneyinden elde edilen ısıl iletkenlikler, daha sonra, mikron altı kalınlıklarda ısıl iletkenliğin çıkarılmasının, fonon yönlü enerji yoğunluklarından kaynaklanan levha boyunca azaltılmış BTE ısı akısı kullanılarak hesaplandığı basit bir levha modeli ile karşılaştırılır. Gri BTE modelinde tek fonon modunun frekans bağımsızlığı nedeniyle, yöntemimiz literatür verileriyle yeterli uyum sağlarken hesaplama süresinde çoğu teorik yöntemin önünde kalmaktadır. Sonuçlar, geliştirilen modelden elde edilen sonuçların, slab model sonuçları ve literatür değerleri ile uyumlu olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Thin film materials have recently drawn a great attention for their wide range of applications in nano- and micro-scale devices. To overcome thermal issues associated with these devices, thin film materials must be thermally characterized since they do not have the same thermal properties as their bulk counterparts. Various analytical and experimental techniques are used to find thin film thermal conductivities. Micro-Raman spectroscopy is a preferred technique among other optical thermal conductivity measurement techniques due to its non-destructive and non-contact nature. However, the thermal size effects originating from both localized heat generation from Raman laser and phonon scattering at boundaries cause erroneous estimation of the thermal conductivities with the current methods. In this study, the gray phonon Boltzmann transport equation (BTE) is used to simulate the real conditions during the Raman experiment. Thermal conductivities from the developed virtual Raman experiment are then compared with a simple slab model in which the deduction of thermal conductivity in sub-micron thicknesses is calculated using the reduced BTE heat flux through the slab, resulting from phonon directional energy densities. Due to the frequency independence of single phonon mode in the gray BTE model, our method stays ahead of most theoretical methods in calculation time while giving adequate agreement with the literature data. The results show that the results from the developed model are in a good agreement with the slab model results as well as literature values.
Benzer Tezler
- Numerical and experimental investigation on laser damage threshold of highly reflective multilayer thin films
Çok katmanlı yüksek yansıtıcı özellikli ince filmlerin lazer hasar eşiğinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
MUSTAFA OCAK
Doktora
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. CÜNEYT SERT
DOÇ. DR. HANİFE TUBA OKUTUCU ÖZYURT
- Time-resolved spectroscopy on the carrier dynamics of BiVO4 photoanodes for solar water oxidation
Başlık çevirisi yok
ABDULLAH KAHRAMAN
Doktora
İngilizce
2020
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SARP KAYA
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Nanoboyutlu yarıiletkenlerin yoğunluk fonksiyoneli kuramı ile tasarımı ve bilgisayar benzetimi
Computer simulation and design of nanoscale semiconductors by using density functional theory
HİKMET HAKAN GÜREL
Doktora
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilim ve Mühendislik Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. HİLMİ ÜNLÜ
- Alüminyum indüklemeli kristalizasyon ile seramik üzerinde oluşturulan polykristallerin elektrokimyasal karakterizasyonu
Electrochemical characterization of polycrystals formed on ceramics by aluminum induced crystallization
ŞEYDA ANAÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiEnerji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖRKEM OYLUMLUOĞLU
- The dynamic analysis of non-cylindrical viscoelastic helical bars using mixed finite element method
Silindirik olmayan viskoelastik helisel çubukların karışık sonlu eleman yöntemi ile dinamik analizi
MERVE ERMİŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET HAKKI OMURTAG