基于3ω方法的薄膜熱導(dǎo)率測試系統(tǒng)研究.pdf

1、3ω方法被認(rèn)為是一種有效的熱物性測量手段而被廣泛應(yīng)用于薄膜熱導(dǎo)率的測試。隨著微納電子技術(shù)的快速發(fā)展，對薄膜材料的熱物性進(jìn)行研究是科學(xué)指導(dǎo)工程熱設(shè)計和熱管理的必要條件，而應(yīng)用于測試薄膜材料熱物性的商用儀器發(fā)展還不成熟，因此表征薄膜材料熱物性的測試技術(shù)和方法必然會成為微尺度熱特性研究的一個重要方向。
　　首先，采用鎖相放大器提供驅(qū)動電流同時測量三次諧波電壓，輔以可控溫真空系統(tǒng)和數(shù)字源表，組建了一套適用于測試介質(zhì)薄膜熱導(dǎo)率的3ω方法測試

2、系統(tǒng)。然后，測試體態(tài)硅的熱導(dǎo)率、以及1.3μm厚的氧化硅薄膜熱導(dǎo)率，得到氧化硅薄膜室溫下熱導(dǎo)率為1.4 W/mK，與文獻(xiàn)值相吻合，驗證了實(shí)驗系統(tǒng)的可靠性。測試50～360 K溫度范圍內(nèi)熱氧化二氧化硅薄膜熱導(dǎo)率，結(jié)果表明熱導(dǎo)率值隨溫度的升高而增大。
　　其次，在利用二氧化硅薄膜的測試驗證了系統(tǒng)的有效性基礎(chǔ)上，結(jié)合低頻加熱時的二維導(dǎo)熱效應(yīng)，將該系統(tǒng)應(yīng)用于金屬薄膜熱導(dǎo)率測量。目前，金屬薄膜熱導(dǎo)率的測試多使用基于短脈沖激光的瞬態(tài)熱反射方法

3、或者采用微加工的懸空結(jié)構(gòu)，實(shí)驗系統(tǒng)或者制作工藝較為復(fù)雜。3ω方法測試樣品的制備工藝相對簡單，實(shí)驗系統(tǒng)的組建也非常經(jīng)濟(jì)。所測試的金屬Pt、Au薄膜熱導(dǎo)率與文獻(xiàn)值相符，驗證了測試方法的有效性。
　　最后，由于基于瞬態(tài)熱線法進(jìn)行氣體熱導(dǎo)率實(shí)驗研究的缺點(diǎn)在于需要借助比較長的加熱絲，在測試過程中通常會產(chǎn)生自然對流作用，且對測試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程復(fù)雜。因此，本文采用3ω方法測試空氣熱導(dǎo)率，其測試結(jié)構(gòu)中加熱絲的長度較小，有利于減弱對流作用并