基于瞬态热反射金纳米薄膜热输运过程研究

发布时间：2022-09-17 14:52

　　由于微纳光电器件临界尺寸不断减小,器件运行产生热量而导致局部过热的问题不可忽略,因此理解微纳尺度的热输运机理和微纳结构的热输运特性对于光电器件未来发展十分重要。本论文以特定厚度的金纳米薄膜为研究对象并选择以铜纳米薄膜作为参比,从介电函数、瞬态双温模型和瞬态热反射三方面对发生在时间尺度为亚皮秒量级的热输运过程开展了理论模拟和实验研究。金属的介电函数随着波长和温度变化。在可见和近红外光谱区结合费米拖尾和Lorentz-Drude模型,研究不同温度下金纳米薄膜介电函数的实部和虚部随着波长的变化关系。使用双温模型模拟超快脉冲与金膜相互作用的过程,得到电子和声子温度随着延迟时间的变化关系。由于光泵浦前期声子温度较低,瞬态反射率和折射率的变化都是由于电子温度变化引起的,进而可以得到瞬态反射率变化和温度之间的关系。使用双波长瞬态反射技术研究金和铜纳米薄膜的热输运过程,主要研究了金纳米薄膜非平衡载能粒子的弛豫过程。使用加法器可以实现瞬态透射和反射信号的加和。半透明金属纳米薄膜讨论其与超快激光脉冲相互作用时,需要同时考虑透射和反射部分。研究发现薄膜的瞬态反射率和透过率会随着传热过程对应发生变化,指出瞬态... 

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 薄膜材料热物性
        1.1.1 金属薄膜材料热物性研究现状
        1.1.2 金属薄膜材料热物性国内外研究进展
        1.1.3 微纳光电器件中薄膜材料的应用
    1.2 薄膜材料热输运的理论和实验研究进展
        1.2.1 传热理论的研究发展
        1.2.2 介电函数理论研究进展
        1.2.3 介电函数实验研究概述
        1.2.4 瞬态反射实验研究进展
    1.3 论文研究目的和主要内容
        1.3.1 论文的研究目的
        1.3.2 论文的主要内容
第2章 金纳米薄膜制备与表征
    2.1 金纳米薄膜的制备
    2.2 金纳米薄膜的表面形貌与厚度表征
    2.3 金纳米薄膜光学特性
        2.3.1 金纳米薄膜介电函数
        2.3.2 金纳米薄膜吸收光谱
    2.4 铜纳米薄膜制备与表征
    2.5 本章小结
第3章 瞬态热反射理论分析
    3.1 介电函数模型
        3.1.1 Kramers-Kronig色散关系
        3.1.2 自由电子模型
        3.1.3 Lorentz-Drude模型
        3.1.4 金膜介电函数拟合结果
    3.2 经典热输运模型
        3.2.1 热导率
        3.2.2 一维傅立叶方程
    3.3 非平衡热输运过程
        3.3.1 双温模型
        3.3.2 界面热阻影响
    3.4 介电函数对瞬态反射率影响
    3.5 本章小结
第4章 基于瞬态热反射的热输运过程
    4.1 双波长瞬态热反射系统
        4.1.1 双波长瞬态热反射装置
        4.1.2 频率变化实现调制与放大
        4.1.3 基于双温模型的瞬态反射信号分析
        4.1.4 基于Crude模型的瞬态反射信号分析
    4.2 超连续白光瞬态反射系统
        4.2.1 超连续白光瞬态反射装置
        4.2.2 超连续白光色散校正
        4.2.3 不同泵浦能量激发下的瞬态反射信号
        4.2.4 不同泵浦能量激发下的瞬态光谱
        4.2.5 不同泵浦能量下的衰减动力学信号分析
    4.3 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表论文
攻读学位期间大赛获奖



本文编号：3679440