本文關(guān)鍵詞： 3ω法 二氧化硅 鈦酸鋇薄膜 熱導(dǎo)率 界面熱阻　出處：《電子科技大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：電子設(shè)備小型化帶來的熱效應(yīng)問題使得提高薄膜材料熱導(dǎo)率和降低薄膜與基底的界面熱阻成為提高薄膜器件可靠性的關(guān)鍵因素。設(shè)備的過熱可能導(dǎo)致電子材料性能有嚴(yán)重退化甚至失效的風(fēng)險(xiǎn)。因此,對(duì)材料熱學(xué)性能的表征對(duì)于電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造至關(guān)重要。隨著微電子器件在國民經(jīng)濟(jì)中越來越廣泛的應(yīng)用,發(fā)展針對(duì)微電子工業(yè)所應(yīng)用的薄膜材料熱物性的表征手段,從而獲得更為精確和全面的薄膜材料熱物性數(shù)據(jù),成為了近年來材料熱物性研究的關(guān)鍵問題。D.G.Cahill于上世紀(jì)八十年代末基于諧波探測的原理,建立了一種名為3ω法的熱物性表征方法。因其具有簡單高效的特點(diǎn),經(jīng)過多年發(fā)展,如今早已成為一種被廣泛使用的熱物性能表征方法,可以用于測量不同系統(tǒng)下介電材料的體和薄膜熱導(dǎo)率。然而,目前這種方法主要的表征對(duì)象主要局限在薄膜的熱導(dǎo)率,而在表征薄膜傳熱性能的參數(shù)中,另一個(gè)重要參數(shù)-界面熱阻也是非常重要的。因此,將基于諧波探測的3ω方法擴(kuò)展到對(duì)薄膜界面熱阻進(jìn)行表征,從而為航天航空、檢測、材料、能源轉(zhuǎn)化、建筑等領(lǐng)域更多地服務(wù),具有重大的應(yīng)用意義。鈦酸鋇(BaTiO_3,BTO)薄膜作為一種廣泛的被應(yīng)用在電子陶瓷工業(yè)中的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電氧化物,具有良好的鐵電、介電以及壓電等物理特性。利用3ω法對(duì)BTO薄膜熱物性進(jìn)行系統(tǒng)的研究,對(duì)BTO薄膜在電子器件中的進(jìn)一步應(yīng)用非常必要。在本文的研究中,首先利用3ω法搭建了包含鎖相放大器和電橋電路的一套成熟快捷的測試系統(tǒng)。利用此系統(tǒng)測量了干氧氧化法制備的五種不同厚度的SiO_2薄膜的熱導(dǎo)率,并根據(jù)熱阻的公式計(jì)算了SiO_2薄膜與Si襯底間的界面熱阻,通過測量結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果的比較,驗(yàn)證了測試系統(tǒng)的可靠性。然后在SiO_2薄膜上利用高分子輔助沉積法在H_2氣氛中退火生長制備不同層數(shù)不同厚度的BaTiO_3薄膜。利用3ω法測試系統(tǒng)測試了BTO/SiO_2多層薄膜的熱導(dǎo)率,結(jié)合熱阻與熱導(dǎo)率的關(guān)系,分別得到了BaTiO_3薄膜的熱導(dǎo)率和BaTiO_3薄膜與SiO_2薄膜之間的界面熱阻。通過本文的工作,得到利用高分子輔助沉積法制備的鈦酸鋇薄膜的熱導(dǎo)率為5.56W/mK,鈦酸鋇與SiO_2的界面熱阻為2.02×10-8 m2W/K。通過不確定性分析,估計(jì)了熱導(dǎo)率測試結(jié)果的不確定度大約為15%。熱阻的不確定度約為12%。
[Abstract]:The thermal effect caused by the miniaturization of electronic equipment makes it a key factor to improve the reliability of thin film devices by increasing the thermal conductivity of thin film materials and reducing the interfacial thermal resistance between thin film and substrate. The overheating of equipment may lead to electronic material properties. There is a risk of serious degradation or even failure. The characterization of the thermal properties of materials is very important for the design and manufacture of electronic devices. With the increasing application of microelectronic devices in the national economy, the characterization of the thermal properties of thin film materials used in the microelectronics industry has been developed. In order to obtain more accurate and comprehensive thermo-physical data of thin film materials, it has become a key problem in recent years to study the thermo-physical properties of materials .D.G. Cahill based on the principle of harmonic detection at the end of -20s. A method for characterization of thermal properties called 3 蠅 method has been established. Because of its simple and high efficiency, it has become a widely used method for characterization of thermal properties after many years of development. It can be used to measure the bulk and film thermal conductivity of dielectric materials in different systems. However, at present, the main objects of this method are limited to the thermal conductivity of thin films, but in the parameters that characterize the heat transfer properties of thin films, Another important parameter, interface thermal resistance, is also very important. Therefore, the 3 蠅 method based on harmonic detection is extended to characterize the thermal resistance at the interface of the film, so that it can be used for aerospace, detection, material, energy conversion. As a kind of perovskite structure ferroelectric oxide widely used in electronic ceramics industry, barium titanate BaTiO3BTO-thin film has good ferroelectric properties. Physical properties such as dielectric and piezoelectric properties. A systematic study of the thermal properties of BTO thin films by 3 蠅 method is necessary for the further application of BTO thin films in electronic devices. In this paper, a mature and fast testing system including a phase-locked amplifier and an electric bridge circuit is constructed by using 3 蠅 method. The thermal conductivity of five kinds of SiO_2 thin films with different thickness prepared by the dry oxygen oxidation method is measured by this system. Based on the formula of thermal resistance, the interfacial thermal resistance between SiO_2 film and Si substrate is calculated. The measured results are compared with those reported in literature. The reliability of the test system was verified. Then BaTiO_3 thin films with different layers and different thickness were prepared by polymeric assisted deposition method in H2 atmosphere on SiO_2 thin films. The thermal conductivity of BTO/SiO_2 multilayer films was measured by 3 蠅 method. Based on the relationship between thermal resistance and thermal conductivity, the thermal conductivity of BaTiO_3 film and the interfacial thermal resistance between BaTiO_3 film and SiO_2 film are obtained respectively. The thermal conductivity of barium titanate film prepared by polymer assisted deposition is 5.56 W / mK, and the thermal resistance between barium titanate and SiO_2 is 2.02 脳 10 ~ (-8) m ~ (-2) W / K. By uncertainty analysis, the uncertainty of thermal conductivity measurement is estimated to be about 15 and the uncertainty of thermal resistance is about 12.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O484

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