基于3ω法体块和薄膜材料热物性的研究

发布时间：2017-10-16 07:48

  本文关键词：基于3ω法体块和薄膜材料热物性的研究

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【摘要】：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。
【关键词】：热管理 3ω法 热导率 体块 薄膜
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.2;TB383.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 课题研究的背景和意义9-11
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究的意义10-11
• 1.2 微尺度热学研究简介11
• 1.3 薄膜热物性研究的实验方法11-18
• 1.3.1 闪光法12-13
• 1.3.2 交流量热法13
• 1.3.3 微桥法13-14
• 1.3.4 光热反射法14-15
• 1.3.5 类稳态双桥法15-16
• 1.3.6 稳态双桥法16
• 1.3.7 调制激光光热反射法16-17
• 1.3.8 3~ω法17-18
• 1.4 3~ω法测试材料热物性研究的意义和现状18-20
• 1.5 论文的研究内容20-21
• 第二章 3~ω法的基本原理和实验系统的组建21-44
• 2.1 3~ω法的测试原理21-30
• 2.1.1 3~ω法的基本原理21
• 2.1.2 经典3~ω方法测量体块材料热导率21-26
• 2.1.3 3~ω法测量薄膜热导率26-30
• 2.2 微加热器/传感器的设计与制备30-33
• 2.2.1 微加热器/传感器的设计30-31
• 2.2.2 微加热器/传感器材料的选择31
• 2.2.3 微加热器/传感器的制备31-33
• 2.3 测试系统组建33-43
• 2.3.1 测试系统简介33-34
• 2.3.2 测试系统框图34-36
• 2.3.3 低温光学恒温器和锁相放大器36-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第三章 基于3~ω法体态硅及氧化硅薄膜热物性测试44-54
• 3.1 测试原理44-45
• 3.2 测试过程45-48
• 3.2.1 测试样品的制备及其几何参数45
• 3.2.2 实验测量与数据分析45-48
• 3.3 测试结果48-53
• 3.3.1 体态硅样品的测量结果48-49
• 3.3.2 氧化硅薄膜样品的测量结果49-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 熔融石英片的热导率测量54-59
• 4.1 样品简介54-55
• 4.1.1 熔融石英的基本概念54
• 4.1.2 熔融石英的应用54-55
• 4.2 测试过程55
• 4.3 实验测量与数据分析55-57
• 4.4 实验结果分析57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 本文研究结论59
• 5.2 展望59-61
• 参考文献61-64
• 致谢64-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：1041481