InSb相变薄膜的热导率及传热机理研究

发布时间：2020-05-13 12:58

【摘要】：相变材料是当今工程中的热门材料,广泛应用于信息存储、储热散热、光热印刷等技术中。在信息存储中,其产品相变存储器甚至有望成为下一代的存储设备。材料的热导率对器件的功耗有着十分显著的影响,以相变存储器为例,相变材料的热导率既不能过大也不可过小,过大会导致功耗增加,过小则会导致器件发热严重。因此热导率的选取需要权衡各个方面的因素,才能做出最佳的选择。薄膜材料是微电子器件中常用的材料,由于微观特性及边界效应等,它们的热导率与块体材料相比有很大的不同。InSb薄膜材料广泛应用于高精度的光电存储、红外探测和红外热成像技术以及超分辨掩膜层技术中。InSb拥有较高的热导率,并且在相变过程中体现出了特殊的热特性规律。目前对InSb材料热导率的研究多为其体材料,而对其薄膜热导率,尤其是其温度特性的研究却鲜有报道。因此,对InSb薄膜材料的研究有着重要意义。本文采用瞬态热反射法对厚度为70-200nm的InSb薄膜在非晶态和晶态下的热导率及其随温度的变化特性做了测试,并探讨了其中的热输运机理。首先,选择了适用于测量InSb薄膜热导率的瞬态热反射测试系统,介绍了系统的测试原理,分析了影响测试结果的因素,并给出了测试参数的选取;接着,在常温下分别测试了在晶态和非晶态时,五片不同厚度的InSb薄膜的热阻,并由此计算出其热导率:晶态InSb薄膜的热导率为0.55±0.055 W/m K;非晶态的InSb薄膜的热导率为0.37±0.037W/m K;最后,进行了非晶态InSb薄膜热导率的控温实验,非晶态的InSb薄膜在温度450K以下时热导率为0.37±0.037 W/mK,当温度在450K以上时,由于薄膜从非晶态转化为晶态,其热导率经历了一个突然的升高过程,说明在控温过程中样品发生了晶化。对控温前后样品分别进行XRD分析可以进一步证明控温过程中样品发生了晶化。无论是晶态还是非晶态的薄膜样品,热导率与薄膜厚度都没有明显的依赖关系。在非晶状态下,InSb的热导率主要由声子导热提供,电子热导率几乎没有贡献;而在晶态下,电子热导率和声子热导率均对总体热导率有一定的贡献。并且电子热导率与声子热导率与温度呈相反的依赖关系。本文的研究结果可以为InSb薄膜的实际应用提供有益的参考。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】

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本文编号：2661996