ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕНОСА ТЕПЛА В УГЛЕРОДНЫХ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ТОНКИХ ПЛЕНКАХ

10.25712/ASTU.1811-1416.2025.04.005

Аннотация

Аннотация
Считается, что теплопроводность неметаллических, в том числе и алмазных материалов осуществляется в основном фононами. Однако в углеродных алмазоподобных пленках ситуация сложнее. Казалось бы, что в монофазных алмазных пленках фононный механизм теплопроводности очевиден. Однако множесвенность границ раздела и наличие большой концентрации водорода снижают коэффициент теплопроводности до 0,2 – 3,0 Вт/(мК) в алмазных пленах, то есть на три, четыре порядка по сравнению с теплопроводностью алмазного монокристалла. Лишь в микронных алмазных пленках коэффициент теплопроводности приближается к теплопроводности алмазного монокристалла. Сложность обоснования механизма теплопроводности в углеродных тонких (нанометровых) пленках заключается в особенностях структуры, представляющей собой фактически тонкопленочный композит из алмазоподобных и графитоподобных кластеров, размер которых составляет 0,5 – 1,0 нм. Таким образом, такой композит представляет собой совокупность областей, обладающих разными механизмами теплопроводности – в алмазоподобных кластерах действует фононный механизм, в графитоподобных кластерах преобладает электронный механизм переноса тепла. То есть на границе раздела наблюдается смена переноса тепла с фононного на электронный. Однако в углеродных алмазоподобных пленках границы раздела отсутствуют, алмазоподобные и графитоподобные кластеры связаны sp3- и sp2- связями, что сопровождается появлением локализованных электронных состояний в запрещенной зоне алмазоподобного кластера вплоть до ее полного заполнения. Фактически алмазоподобный кластер становится электропроводящим кластером. Такой эффект значительно усложняет механизм теплопроводности.