基于3ω法体块和薄膜材料热物性的研究

随着科技的发展,微小器件的尺寸正在快速缩小,集成度的提高等越来越成为科技进步的主要问题,而微器件的热管理问题也就成为了焦点问题。3ω法作为一种测试体块和薄膜材料热导率非常有效的方法,对其进行深入的研究具有重要的意义。本文首先介绍了体块和薄膜材料热导率研究的意义和现状,同时给出了一些测量材料热物性的方法,提出了3ω法是测量体块和薄膜材料比较有效且应用广泛的方法。在探讨经典3ω法测体块材料和改进型3ω法测薄膜材料的原理基础上,我们组建了一套实验系统,该系统利用低温台控制样品测量时所需要的温度环境,利用锁相放大器提供信号并测量电路产生的三谐电压信号。然后为了验证实验系统的可行性,我们测量了文献标定的体块硅的热导率,得到了体态硅的热导率随温度变化的曲线；同时我们也测量了5μm二氧化硅、1039μm二氧化硅以及302.8nm二氧化硅薄膜的热导率,以51μm二氧化硅为例,绘制出了其在温度T为30K--340K时的热导率曲线图,得到了二氧化硅薄膜室温下的热导率值为1.34W/(m·K),与文献参考值一致,验证了系统测量的可行性。最后本文介绍了实验室使用比较广泛的熔融石英片基本性质和用途,我们测量了其热导率性质,绘制了其热导率值随温度变化的曲线图,得到了室温时熔融石英片的热导率值为3.0371W/(m·K)。综上所述,本论文采用3ω法原理和实验测量相结合的方法进行研究。根据3ω法测试体块样品和薄膜样品热导率的基本原理,我们组建了实验测试系统。然后,利用该系统测试了体块硅和不同厚度二氧化硅薄膜的热导率性质,验证了所搭建系统的可行性。最后我们又测量了熔融石英片的热导率性质,进一步为未来对3ω法的研究奠定了基础。