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薄膜热物性的测试系统研究

吕安新  
【摘要】: 微纳米薄膜材料广泛应用于MEMS(微机电系统)中,全面了解薄膜材料的热物性对于MEMS热设计十分重要。而薄膜材料的热特性由于量子效应、表面效应等的存在产生了明显的尺寸效应,常常与公布的体材料的热特性很不相同。各国的研究人员提出了多种针对不同物质材料和结构的测试方法,致力于不断提高薄膜材料热物性的测试精度。 传统薄膜热物性测量实验通常采用分立仪表搭建,实验中各个仪器的手工操作和实验数据记录过程较繁琐,整体可操作性差。为满足实验研究的需要,结合虚拟仪器测试平台的优点,本文研究了用于薄膜热物性测试的自动测试与数据分析系统。重点研究了基于差示扫描量热法与热延迟时间法的薄膜热容测试系统和基于微桥静态测量法的薄膜热导率测试系统。实现了系统的软硬件设计,建立了一套集仪器控制、数据采集和分析、显示和存储等功能为一体的薄膜热物性自动测试系统。 本系统以PC机为主控机,通过GPIB总线控制函数发生器、数字源表及控温仪的参数设置与数据输入输出。示波器采集到的量热计两端的响应信号通过USB总线传输到PC机上,通过依据薄膜热物性测量原理编写的特定数据处理程序可以计算得到待测薄膜材料的热容与热导率参数。系统软件程序由LabVIEW8.6编程实现,为实验人员提供了友好的人机界面。 利用系统的热导率测试功能实际测量了由Si02薄膜和多晶硅薄膜组成的悬臂梁的热导率,以及完成了金属铟和金属锡薄膜的热容测试。实验结果与理论值较符合,整个测试系统的运行效果良好。


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