3ω法在薄膜界面熱阻測量中的應(yīng)用.pdf

1、電子設(shè)備小型化帶來的熱效應(yīng)問題使得提高薄膜材料熱導率和降低薄膜與基底的界面熱阻成為提高薄膜器件可靠性的關(guān)鍵因素。設(shè)備的過熱可能導致電子材料性能有嚴重退化甚至失效的風險。因此，對材料熱學性能的表征對于電子設(shè)備的設(shè)計和制造至關(guān)重要。隨著微電子器件在國民經(jīng)濟中越來越廣泛的應(yīng)用，發(fā)展針對微電子工業(yè)所應(yīng)用的薄膜材料熱物性的表征手段，從而獲得更為精確和全面的薄膜材料熱物性數(shù)據(jù)，成為了近年來材料熱物性研究的關(guān)鍵問題。
　　D.G.Cahill于

2、上世紀八十年代末基于諧波探測的原理，建立了一種名為3ω法的熱物性表征方法。因其具有簡單高效的特點，經(jīng)過多年發(fā)展，如今早已成為一種被廣泛使用的熱物性能表征方法，可以用于測量不同系統(tǒng)下介電材料的體和薄膜熱導率。然而，目前這種方法主要的表征對象主要局限在薄膜的熱導率，而在表征薄膜傳熱性能的參數(shù)中，另一個重要參數(shù)-界面熱阻也是非常重要的。因此，將基于諧波探測的3ω方法擴展到對薄膜界面熱阻進行表征，從而為航天航空、檢測、材料、能源轉(zhuǎn)化、建筑等領(lǐng)域

3、更多地服務(wù)，具有重大的應(yīng)用意義。
　　鈦酸鋇（BaTiO3，BTO）薄膜作為一種廣泛的被應(yīng)用在電子陶瓷工業(yè)中的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電氧化物，具有良好的鐵電、介電以及壓電等物理特性。利用3ω法對BTO薄膜熱物性進行系統(tǒng)的研究，對BTO薄膜在電子器件中的進一步應(yīng)用非常必要。
　　在本文的研究中，首先利用3ω法搭建了包含鎖相放大器和電橋電路的一套成熟快捷的測試系統(tǒng)。利用此系統(tǒng)測量了干氧氧化法制備的五種不同厚度的 SiO2薄膜的熱導率，并根

4、據(jù)熱阻的公式計算了SiO2薄膜與Si襯底間的界面熱阻，通過測量結(jié)果與文獻報道結(jié)果的比較，驗證了測試系統(tǒng)的可靠性。然后在 SiO2薄膜上利用高分子輔助沉積法在H2氣氛中退火生長制備不同層數(shù)不同厚度的BaTiO3薄膜。利用3ω法測試系統(tǒng)測試了BTO/SiO2多層薄膜的熱導率，結(jié)合熱阻與熱導率的關(guān)系，分別得到了BaTiO3薄膜的熱導率和BaTiO3薄膜與SiO2薄膜之間的界面熱阻。通過本文的工作，得到利用高分子輔助沉積法制備的鈦酸鋇薄膜的熱導