ナノスケールホットスポットにおける非フーリエ熱輸送モデリング

本論文は、先進的な半導体デバイスの熱管理における重要な課題に取り組んでいます。フーリエの法則に基づく従来の有限要素法（FEM）は、ナノスケールホットスポットにおける熱輸送を正確にモデル化できず、不正確な温度予測と潜在的に欠陥のある設計につながります。著者は、非フーリエ効果を捉える計算コストの高い分子動力学（MD）シミュレーションと、より実用的なFEMとのギャップを埋めています。彼らは、FEMの精度を向上させるためにサイズ依存の熱伝導率を導入し、熱抵抗を分解して基礎となる物理学を理解しています。この研究は、非フーリエ物理学をFEMシミュレーションに組み込むための貴重なフレームワークを提供し、次世代トランジスタのより正確な熱分析と設計を可能にします。

• •バルク熱伝導率を使用した従来のFEMは、ナノスケールデバイスのホットスポット温度を過小評価します。
• •MDシミュレーションは、FEMをベンチマークし、非フーリエ効果を理解するために使用されます。
• •FEMの精度を向上させるために、サイズ依存の熱伝導率$κ_{\mathrm{best}}$が導入されています。
• •熱抵抗は、さまざまな熱輸送メカニズムを定量化するために分解されます。
• •このフレームワークにより、次世代トランジスタのより正確な熱分析と設計が可能になります。