Yüksek ve ultra-yüksek bant aralıklı malzemelerin fonon ortalama serbest yol ve ısıl iletkenlik analizi

Moleküler ortalama serbest yolun, cihaz karakteristik uzunluğuna oranı olarak tanımlanan Knudsen sayısı arttıkça, fonon hareketinin engellenmesi sonucu malzemenin ısıl özelliklerinde kayıp yaşanır. Eğer fononların ısıl iletkenlik ve ortalama serbest yol(OSY) ilişkisi bilinirse, malzemedeki boyut etkileri ve kaybedilen ısıl iletkenlik miktarı tahmin edilebilir. Bu amaçla, dört würtzit yarıiletken malzeme: galyum nitrat, alüminyum nitrat, alüminyum galyum nitrat ve beta form galyum oksit için ısıl iletkenlik birikimi farklı sıcaklıklarda hesaplanmıştır. Bu malzemeler çoğunlukla yüksek güç elektroniği uygulamalarında, küçük ve kısıtlı boyutlarda kullanıldıklarından, ısıl iletkenlik birikim grafiğinden küçük boyutlarda karşılaşılan iletkenlik miktarının elde edilebilmesi için bir yöntem geliştirilmiştir.Kristal enerjisinin Üçüncü dereceden güç katsayıları bu hesaplamalarda kullanılmıştır. Bu yaklaşımın anharmonikliğin arttığı kısa OSY ve yüksek sıcaklık durumlarında kullanışlı olduğu anlaşılmıştır. Isıl iletkenliğe katkıda bulunan en büyük OSY değerleri GaN, AlN, AlGaN ve beta-form Ga_2O_3 için sırasıyla 1661.7 nm, 1648.8 nm, 442.3 nm and 467.3 nm olarak hesaplanmıştır. Boyut etkilerinin, bu uzunluklardan daha küçük cihaz boyutlarında gözlemlenmesi beklenmektedir.