3ω法在薄膜界面熱阻測(cè)量中的應(yīng)用.pdf

1、電子設(shè)備小型化帶來(lái)的熱效應(yīng)問(wèn)題使得提高薄膜材料熱導(dǎo)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(guò)熱可能導(dǎo)致電子材料性能有嚴(yán)重退化甚至失效的風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)材料熱學(xué)性能的表征對(duì)于電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造至關(guān)重要。隨著微電子器件在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，發(fā)展針對(duì)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(lái)材料熱物性研究的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　D.G.Cahill于

2、上世紀(jì)八十年代末基于諧波探測(cè)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(jiǎn)單高效的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)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(cè)量不同系統(tǒng)下介電材料的體和薄膜熱導(dǎo)率。然而，目前這種方法主要的表征對(duì)象主要局限在薄膜的熱導(dǎo)率，而在表征薄膜傳熱性能的參數(shù)中，另一個(gè)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(cè)的3ω方法擴(kuò)展到對(duì)薄膜界面熱阻進(jìn)行表征，從而為航天航空、檢測(cè)、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(duì)BTO薄膜熱物性進(jìn)行系統(tǒng)的研究，對(duì)BTO薄膜在電子器件中的進(jìn)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(cè)試系統(tǒng)。利用此系統(tǒng)測(cè)量了干氧氧化法制備的五種不同厚度的 SiO2薄膜的熱導(dǎo)率，并根

4、據(jù)熱阻的公式計(jì)算了SiO2薄膜與Si襯底間的界面熱阻，通過(guò)測(cè)量結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果的比較，驗(yàn)證了測(cè)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(zhǎng)制備不同層數(shù)不同厚度的BaTiO3薄膜。利用3ω法測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試了BTO/SiO2多層薄膜的熱導(dǎo)率，結(jié)合熱阻與熱導(dǎo)率的關(guān)系，分別得到了BaTiO3薄膜的熱導(dǎo)率和BaTiO3薄膜與SiO2薄膜之間的界面熱阻。通過(guò)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(dǎo)