氮化镓(GaN)作为新型半导体材料的典型代表,由于具有优良的物理化学性质,在光电器件和微电子器件领域得到了广泛的应用,因而成为近年来半导体材料研究的热点。然而,以往针对纳米结构材料的研究大多集中在尺寸效应、量子限域效应、表面/界面散射效应以及应力场分别对纳米结构声子特性和热学性能的影响,却鲜有涉及表面/界面耦合效应的问题,如量子限域与表面/界面散射耦合效应,或表面/界面散射与预应力耦合效应,或量子限域与表面电荷耦合效应共同作用对纳米结构声子特性和热学性能的影响。本文以单层GaN纳米薄膜为对象,基于弹性连续模型和玻尔兹曼输运方程,分别定量研究了上述三种耦合效应对GaN纳米薄膜声子特性和热学性能的影响。首先,在传统连续介质力学框架下,简述了量子限域纳米材料声子的连续弹性理论,采用有限元差分法得到了纳米薄膜声子色散关系、声子平均群速度和声子态密度的表达式;同时,基于玻尔兹曼输运方程考虑表面/界面散射效应,建立了声子热流沿横向流动的声子输运模型。然后,通过数值计算定量给出了在量子限域效应与表面/界面散射效应共同作用下的声子热导率。研究结果表明:相对于仅考虑量子限域效应的情形,同时考虑表面/界面散射效应会使得横向声子热导率出现量级上的减少,并且表现出更明显的尺寸效应。其次,考虑预应力的影响,结合玻尔兹曼输运方程和声弹效应理论,建立了声子热流沿平面方向流动的声子输运模型,定量研究了表面/界面散射效应对应力约束GaN纳米薄膜平面声子热导率的影响。理论结果表明:相较于声子热流沿横向流动的情形,平面声子热导率的数值有明显的减小。当引入初始应力场时,正应力减小了纳米薄膜的声子热导率,而负应力增大了声子热导率。同时,表面/界面散射与预应力耦合效应使得声子热导率的尺寸效应显著增强。最后,考虑了纳米薄膜表面存在电荷的情形,对虑及表面电荷的声子特性和声子热导率的变化情况进行了定量研究。研究结果表明:当纳米薄膜表面存在电荷时,负电荷增大了声子热导率而正电荷减小了声子热导率。此外,表面电荷的存在,将会改变声子热导率的温度效应和尺寸效应,即正电荷削弱了热导率对温度的依赖性但强化了热导率的尺寸效应。根据以上研究结果,我们可以通过引入表面/界面散射机制,调节初始应力场或表面电荷等方式,得到具有创新性的调控GaN纳米薄膜声子特性和热学性能的方法。总之,通过本文的工作,完善和发展了纳米尺度领域性能参数多物理场耦合问题的理论研究,为今后精确设计性能优良可靠的纳米电子器件和装置提供了充足的理论依据。