薄膜熱學(xué)特性研究.pdf

1、當(dāng)器件的尺寸達(dá)到微/納米尺度時(shí),其熱學(xué)特性與體材料相比將發(fā)生變化,出現(xiàn)尺寸效應(yīng).研究已證實(shí)薄膜的熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率存在著尺寸效應(yīng),但相應(yīng)的理論研究有待進(jìn)一步深入;而對(duì)薄膜比熱容的尺寸效應(yīng)僅從理論上作了初步研究,還有待進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.該論文針對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及微/納器件發(fā)展的需要,對(duì)薄膜的熱導(dǎo)率和比熱容兩個(gè)重要的熱學(xué)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量和研究,主要內(nèi)容包括:發(fā)展新結(jié)構(gòu)完成對(duì)Si<,3>N<,4>薄膜熱導(dǎo)率的測(cè)量和研究;制作Si<,3>N<,4>

2、自由懸膜對(duì)其比熱容進(jìn)行測(cè)量;發(fā)展用于微小薄膜比熱容測(cè)量的新方法.在靜態(tài)法的基礎(chǔ)上,提出了一種用于薄膜熱導(dǎo)率測(cè)量的新結(jié)構(gòu)——橋狀結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)熱流和溫度分布均勻,可減小測(cè)量誤差.利用微機(jī)械加工技術(shù)制作了一系列厚度的Si<,3>N<,4>橋狀薄膜.對(duì)不同厚度的Si<,3>N<,4>薄膜的熱導(dǎo)率進(jìn)行了測(cè)量,其熱導(dǎo)率出現(xiàn)尺寸效應(yīng),隨膜厚增加而增大,并結(jié)合理論對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行了分析.為了測(cè)量Si<,3>N<,4>薄膜的比熱容,設(shè)計(jì)并制作出Si<,3

3、>N<,4>自由懸膜測(cè)量結(jié)構(gòu).利用熱時(shí)間延遲法對(duì)不同厚度的Si<,3>N<,4>薄膜的比熱容進(jìn)行了測(cè)量,發(fā)現(xiàn)薄膜的比熱容與體材料的有較大的差別.提出了一種用于微小薄膜比熱容測(cè)量的新方法——3ω法.此方法集加熱、測(cè)溫電阻于一體,使懸膜的面積、厚度更小,提高了測(cè)量靈敏度,降低了制作難度.利用這種方法,對(duì)不同厚度Al薄膜的比熱容進(jìn)行了測(cè)量,發(fā)現(xiàn)Al薄膜比熱容具有尺寸效應(yīng),并進(jìn)行了相應(yīng)的理論分析.上述測(cè)試結(jié)構(gòu)和方法與國(guó)內(nèi)外報(bào)導(dǎo)的已有研究相比有較