【摘 要】
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在MEMS和微电子器件中,由于加工工艺和材料本身的光、热、声、机、电等特性,各种金属、非金属薄膜被广泛使用。随着科学技术地不断进步以及电子器械的微型化进展,纳米薄膜的
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在MEMS和微电子器件中,由于加工工艺和材料本身的光、热、声、机、电等特性,各种金属、非金属薄膜被广泛使用。随着科学技术地不断进步以及电子器械的微型化进展,纳米薄膜的传热研究已成为当前科学研究的热点。以往对薄膜材料热传导的研究都是建立在平衡条件基础上的。在实际的纳米薄膜热传导中声子的平均自由程大于薄膜的结构尺寸,这不满足平衡热传导的条件,因此研究薄膜的非平衡热导率有着重要的意义。由于薄膜的非平衡热导率的理论求解过程非常复杂,结果受到的影响因素众多,准确度低。因此本文采用实验的方法对纳米薄膜的热导率进行测量。比较了四种常用薄膜热导率测量方法的优缺点,由于3ω是瞬态电加热法,测量值也是瞬间完成而不是一个持久稳态的过程,因此可用来测量纳米薄膜的非平衡热导率。为确保实验样品的质量,用PECVD方法制备了SiO2薄膜和Si3 N 4薄膜。首先测量SiO2薄膜的热导率,对自行搭建的3ω实验台进行了检测。之后用3ω实验方法对Si3 N 4纳米薄膜进行了热导率的测量,分别测量了不同频率下、不同温度下Si3 N 4薄膜的热导率,以及不同加热器尺寸的加热膜的热导率。最后确定了测量Si3 N 4薄膜热导率的最佳微加热器尺寸及适合频率段。理论和实验结果表明,薄膜的热导率具有极度非平衡性,薄膜热导率的非平衡性与声子的平均自由程有重要联系。Si3 N 4薄膜的热导率随温度的升高而增大,微加热器的尺寸在20μm和24μm时,实验结果最佳,同时样品的微结构品质及微加热器的材质对实验结果有重要影响。
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