一些博士论文的阅读和思考
一些博士论文的阅读和思考
学我者生，似我者死。
千万不能看到某个博士论文和自己做得东西类似，就照搬Introduction啊。现象可能是类似的，但是发生的逻辑可能是完全不同的。
大体上看起来Introduction是把已经完成的几个工作，重新拿出来串成一个系统性的故事。首先介绍背景，在介绍背景时，要针对一个具体的对象，装作介绍背景的样子，实际上夹带着把自己做的东西介绍出来。然后介绍自己做得几块东西各自对应的研究现状，要注意前后加一些垫话，把逻辑连贯起来。最后点名一下主题，总结一下上述几块背景的不足，然后介绍本文做的几块工作。
DST
1.1 研究背景
1.1.1 宽禁带半导体及器件热管理
1.1.2 GaN基HEMT中的导热分析
1.2 GaN的声子热输运及其调控
1.2.1 GaN的声子性质和热导率
1.2.2 声子热输运调控的原理和方法
1.3 本文的研究内容
1.3.1 现有研究中的不足
1.3.2 本文研究的主要内容
DS的博士论文主要做了三个工作：
- 进行了GaN声子性质的第一性原理计算，并且开发了一个热导率模型；
- 分析了应力场和电场对声子导热的影响；
- 研究了GaN体系的声子拓扑效应。
DS师兄大体上把自己的工作包装成了两块，一块是声子热物性，一块是声子热输运调控，热输运调控建立在热物性理解的基础上。
DS师兄首先介绍宽禁带半导体的优势，尤其介绍GaN，这里连图大概搞了两页，然后介绍GaN器件的散热问题，又搞了半页多。然后就开始介绍GaN基HEMT中的导热分析，把声子热物性和声子热输运调控引出来。
在介绍GaN HEMT中的产热和导热过程上，DS师兄介绍了三点，一个是经过多层结构和界面，一个是产热和传热，另一个是热扩展。DS主要做的声子热导率及其调控，所以DS首先且主要介绍了第一部分，而且指出了应力场和电场对材料热物性的影响，
GaN HEMT中的热量从产生到传导，经过了多个功能层和层间界面，因此温度场预测需要对应各功能层的GaN、AlN、SiC块体材料和薄膜材料的热物性数据。应力场作为影响电学性能的重要因素，在器件电学设计中是收到精确控制的，因此成型的电子器件本身具有一个基础应力场，该应力场部分产生于GaN沟道层的异质外延生长过程...
此外，器件结构中的GaN存在于较强的电场之中，既包括形成异质结时产生的极化电场，也包括器件工作时存在的外部电场。这些外场因素，都会对GaN薄膜的声子性质和热导率产生影响。
然后简要介绍了产热和导热，以及扩展导热特点。在这两部分里，特意强调功能层薄膜特征尺度和声子的平均自由程相当，探讨面向降低扩展热阻的拓扑声子调控新思路，还是把对这个对象的介绍，绑定到自己的工作上。我们认识这个世界终究还是主观的，比如英雄史观和人民史观，没有什么绝对真实能说的通就行。我们要写一篇声子热输运及其调控的博士论文，就要用热导率史观，不能用跨尺度史观。其实HL和DS的背景介绍很像，都是介绍GaN HEMT，写出的内容却完全不同。背景部分大概就是这样，然后就可以介绍到现有工作了。
GaN的声子性质和热导率，先介绍实验测量，然后介绍第一性原理计算，然后介绍热导率模型。然后介绍声子热输运调控的原理和方法。DS的思路是先介绍宏观调控，变换热学，然后介绍到微纳尺度调控。在微纳调控上，先介绍声子，然后详细介绍了声子的散射过程，为什么侧重点放在这里呢，这是因为后面写到了，
声子热输运调控的主要目标是调控介电材料的热导率，其中热导率的表达式为... 调控方法中利用声子粒子性的占多数，最典型的调控xxx散射..
然后总结了现有的调控手段的工作，分别进行了详细的介绍。然后从声子波动性介绍了调控方案。最后介绍到了声子的拓扑性。
背景部分介绍到这里为止，然后分别总结一下，先来一段概述，引出问题，然后分别介绍现有研究的状态以及不足，最后引出本文的工作。
HLL
第一章目录及思路：
1.1 研究背景
1.1.1 电子器件热管理
1.1.2 电子器件中的跨尺度传热
1.2 电子器件散热的模拟方法
1.2.1 微纳米尺度模拟方法
1.2.2 跨尺度耦合模拟方法
1.3 电子器件散热的优化方法
1.3.1 常用优化方法
1.3.2 拓扑优化方法
1.4 研究内容
HL的博士论文做了六个工作：
- 色散MC比各种自由程好坏
- 是径向弹道扩散导热
- 跨尺度方法
- 用跨尺度方法算热扩展
- 弹道扩散的拓扑优化
- 宏观的拓扑优化。
如果DS的博士论文是肉质紧实的三个J，HL这个可能是个678910顺子，覆盖的范围更大了些。
在导言部分，先介绍芯片的散热问题，然后写到模拟和优化，后续HL把模拟又进一步细分成了微纳尺度导热模拟和跨尺度模拟两部分。HL的博士论文题目没有限制在宽禁带半导体上，而是芯片散热，我想这可能是因为HL做得比较偏基础，没有什么具体的材料对象，尤其是后面拓扑优化的部分又涉及到了宏观散热器。
HL还是针对GaN HEMT引出了具体对象介绍问题。先介绍结构，然后介绍产热和传热过程，这里的介绍，HL并不是像DS一样，把薄层材料结构放到比较重要的地方，而是在介绍完了基本的结构和传热路径后：
这种热量从纳米尺度到宏观尺度的跨尺度输运特性，给电子器件散热的模拟和优化带来了两个关键问题。
第一个关键问题是微纳米尺度非傅里叶导热——第二章内容。
第二个关键问题是单一方法难以完整刻画跨尺度传热过程——第三章内容。
针对这两个关键问题，此前的研究者开展了一系列的探究。下面将简要回顾已有传热模拟和散热优化的研究，介绍方法的原理和特点，总结得到的主要结论，并讨论跨尺度传热过程模拟及优化的新方法。——第四章内容。
然后在微纳米尺度传热上，最后介绍到声子MC和弹道扩散导热研究的问题：
两种声子 MC 模拟方法相比，系综 MC 方法发展较为成熟，应用范围也更广，但其计算复杂度较高，难以用于大批量计算；声子跟踪 MC 方法单独处理每束声子的运动，故而计算效率更高，对复杂几何边界的适应性也更好。然而，现有的声子跟踪 MC 方法都采用了假设不同频率声子支具有相同性质的灰体近似，考虑声子色散后的效果有待检验。此外，对弹道扩散导热的研究大多关注一维体系，而实际器件中热量沿多个方向传导，基于一维体系的结论是否能用于多维体系仍然 存疑。
在跨尺度上，
比较而言，由于声子在传热过程中多次发生散射，每次散射后其性质都会改变，分类型耦合的实现过程较为冗长；分区域耦合的原理更契合电子器件内部属于弹道扩散导热、外部属于宏观传热的特点，实现起来相对容易。然而，两类耦合方法都尚处于起步阶段，声子类型或计算区域的划分大多根据经验， 缺少一般性的准则。此外，虽然边界热流加热和内部热源加热都能定性反映晶体管温度分布的特点，但它们之间的差异给模拟结果造成的定量影响尚不清楚。
之后从优化介绍到拓扑优化，在最后的研究内容部分，可以看到HL撰写背景部分的设计思路：
综上所述，电子器件特征尺寸的减小和封装密度的提高使得散热能力成为制 约其发展的一大瓶颈。电子器件散热是涵盖纳米尺度到宏观尺度的跨尺度热输运过程，传热模拟和优化既要能够反映微纳米尺度的非傅里叶导热，又要考虑不同尺度下换热过程的相互影响。虽然相关领域已经有了一定量的研究报道，但是，关于载热子微观性质和多维导热特性对模拟结果的影响，跨尺度传热过程的快速模拟与分析，电子器件散热能力的有效强化等问题，仍然缺乏深入的研究。本文结合声子跟踪 MC 模拟、宏观传热方程和拓扑优化方法，探究非灰体和多维弹扩散导热过程的特征规律，开发微观与宏观模拟方法相结合的跨尺度耦合模拟方法，并对电子器件的外部宏观散热和内部微纳米尺度导热进行拓扑优化设计。
YBL
1.1 研究背景
1.2 氧化镓及其界面热输运性质的研究现状
1.3 机器学习势函数的兴起
1.3 本文的研究内容
1.4.1 现有研究中存在的不足
1.4.2 本文的主要研究内容
YB是做了两大块内容，一块是氧化镓的热导率模拟，一块是氧化镓的界面热导模拟，热导率分成了两点，一个是单晶氧化镓，一个是无定形氧化镓。
先介绍宽禁带半导体，然后介绍氧化镓，然后介绍热问题。然后介绍采用高导热衬底改善散热能力，引出需要对氧化镓及其界面热输运性质有着详细的了解。
之后介绍氧化镓及其界面热输运性质的研究现状，还是分实验和模拟两部分来介绍，介绍到模拟遇到的问题后，开始介绍机器学习势函数的发展，最后介绍现有研究的不足和本工作。
我的工作的一些想法
我做了三块工作
- 非傅里叶热扩展：声子色散的影响；各种模拟方法的比较
- 电热耦合输运：偏置依赖性；两温度原则
- 跨尺度热仿真与热设计：方法本身；氮化镓器件仿真设计；氧化镓器件仿真设计
整个思路应该是这样的，在背景部分，把DS和HL的揉到一起改一改就行了，前半部分继承DS的思路和内容，后半部分继承HL的思路和内容。
在前半部分上，先介绍宽禁带半导体，然后介绍器件热问题，和DS的是一样的，最后引到近结热仿真和热设计上，和HL的是一样的。
后半部分描述对象都是GaN HEMT。HL在描述模拟时分成了两块，一块是微纳，一块是跨尺度，因为他做了一些弹道-扩散导热的研究，优化的话他没有放到在HEMT传热过程的描述中。我的话，一块是非傅里叶热扩展，一块是电热耦合，一块是跨尺度热仿真和设计。我并没有针对导热本身做什么新机理或者方法，所有内容都是围着器件来做的，所以我在背景介绍的时候，不应该和HL一样，梳理比如解BTE的耦合方法啊，采用蒙特卡罗模拟方法的研究啊。
那么我在描述时应该分成三块，一块是热扩展和声子弹道输运，一块是产热传热电热耦合，一块是跨尺度热输运。
HEMT导热的一个显著特点是非傅里叶热扩展导热。先从热扩展讲起，然后写到声子弹道输运，然后写到非傅里叶热扩展。
第二个特点是产热和传热的耦合，需要考虑电场所导致的热源分布和非傅里叶热扩展的耦合。
第三个特点是跨尺度热输运，需要用器件级的跨尺度热仿真和设计方法。
然后开始叙述前人的一些工作，关于非傅里叶热扩展，背景还是放到对于扩展热阻的研究上，最后介绍一下超哥的工作吧，然后说一下他们的问题。
第二块说一下电热耦合，回顾一下现有的电热耦合仿真的工作，然后说到我这里的问题。
第三款说一下关于GaN HEMT或者宽禁带半导体器件的跨尺度仿真的工作，然后说到我这里的问题。
最后总结一下。