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薄膜热物性实验研究

胡明雨  
【摘要】: 微、纳米薄膜材料是大规模集成电路、激光器件、微机电系统的重要组件。薄膜导热特性影响着器件和系统运行的性能和可靠性,因此研究薄膜的热传导性能对于器件的设计和稳定运行具有重要意义。本文用实验手段探讨了体态材料及微尺度结构材料热传导中的几个问题。其目的是为了找到合适的热电材料,进行合理结构设计来提高热电制冷效率,从而制备一种微型嵌入式制冷器件,为计算机芯片、MEMS器件等提供帮助。 本文介绍了MEMS的发展情况,结合具体实例介绍了热电制冷器件及其基本原理,对微尺度传热的研究现状进行了分类和概括。在此基础上,采用3ω方法基本原理搭建了导热系数测试系统,测试了体态硅材料的导热系数,以及120纳米厚二氧化硅薄膜的导热系数。对体态硅进行测试的结果表明,在40K到80K的温度范围内,体态硅的导热系数随着温度的升高而增大;而在80K到170K的温度范围内,体态硅的导热系数随着温度的升高而减小;证实杂质对体态硅材料导热系数存在很大的影响,讨论了杂质浓度与体态硅导热系数的关系,即随着杂质浓度的提高,体态硅的导热系数越来越小。对二氧化硅薄膜导热系数的测试结果表明,在40-170K之间的温度范围内,二氧化硅薄膜的导热系数与环境温度存在很密切的关系,即二氧化硅薄膜的导热系数随着温度的升高而增大。得到的测试结果与他人实验结果是一致的,表明建立的薄膜导热系数测试系统是合理的。


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