本文關(guān)鍵詞： 飛秒激光抽運(yùn)探測(cè)熱反射 非平衡熱輸運(yùn) 雙相滯模型 納米薄膜 敏感度分析 熱導(dǎo)率 界面熱導(dǎo)　出處：《中國(guó)石油大學(xué)(華東)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在本研究中,對(duì)飛秒激光抽運(yùn)探測(cè)熱反射實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn),使用更高倍頻效率的BIBO晶體;使用低通濾波器降低了激光自身重復(fù)頻率對(duì)信號(hào)測(cè)量的干擾;構(gòu)建CCD攝像顯微系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)抽運(yùn)光和探測(cè)光光斑的精確對(duì)準(zhǔn),同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)樣品最佳測(cè)量點(diǎn)的選取。采用matlab編程模擬計(jì)算了微納米尺度下的超短非平衡熱輸運(yùn)過(guò)程,即拋物兩步模型和雙相滯模型下激光加熱物體的溫度分布。非平衡熱輸運(yùn)過(guò)程的模擬計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了金屬薄膜被激光加熱后非平衡現(xiàn)象的存在,分析了電—聲子耦合因子的大小對(duì)電子、聲子的溫度影響。雙相滯模型中分別模擬計(jì)算了在固定時(shí)刻不同導(dǎo)熱方式下物體沿厚度方向的溫度分布,以及加熱面和底面在不同導(dǎo)熱方式下的溫度隨時(shí)間的演化情況。根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱模型對(duì)擬合過(guò)程中的輸入?yún)?shù)(調(diào)制頻率、激光光斑、薄膜厚度、熱導(dǎo)率、界面熱導(dǎo))進(jìn)行了敏感度分析,為測(cè)量具體樣品時(shí)調(diào)制頻率和激光光斑大小的選擇提供了依據(jù),提高了測(cè)量精確度。利用飛秒激光抽運(yùn)探測(cè)熱反射實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量了兩層和三層不同納米結(jié)構(gòu)下多種材料的熱導(dǎo)率和界面熱導(dǎo),測(cè)量結(jié)果均與已有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道值吻合。三層樣品Al-HfO_2-Si的測(cè)量結(jié)果顯示,隨著中間層HfO_2薄膜厚度的增加,有效界面熱導(dǎo)不斷減小,對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析得出界面熱導(dǎo)和薄膜熱導(dǎo)率數(shù)值大小和中間層HfO_2薄膜厚度有關(guān)。
[Abstract]:In this study, the experimental system of femtosecond laser pumped detection of heat reflection is improved, the BIBO crystal with higher frequency efficiency is used, and the interference of laser self-repetition frequency to signal measurement is reduced by using low-pass filter. A CCD camera microscope system was constructed to realize the accurate alignment of pumping light and detecting spot, and to select the best measuring point of the sample. The ultrashort non-equilibrium thermal transport process at the micro and nanometer scale was simulated and calculated by matlab programming. That is, the temperature distribution of the laser heated object under the parabolic two-step model and the two-phase hysteresis model. The simulation results of the non-equilibrium heat transfer process verify the existence of the non-equilibrium phenomenon after the metal film is heated by laser. The effect of the electron-phonon coupling factor on the temperature of electrons and phonons is analyzed. The temperature distribution along the thickness of the body in different heat conduction modes at a fixed time is simulated in the two-phase hysteretic model. According to the Fourier conduction model, the input parameters (modulation frequency, laser spot, film thickness, thermal conductivity) of the fitting process are obtained. The sensitivity analysis of interface thermal conductivity provides a basis for the selection of modulation frequency and laser spot size when measuring specific samples. The thermal conductivity and interface thermal conductivity of a variety of materials with two and three layers of different nanostructures were measured by femtosecond laser pumped detection heat reflection experimental system. The measured results are in good agreement with those reported in previous literatures. The Al-HfO_2-Si measurements of three layers of samples show that the effective interfacial thermal conductivity decreases with the increase of the thickness of the HfO_2 film in the middle layer. The results show that the interfacial thermal conductivity and the thermal conductivity of the films are related to the thickness of the interlayer HfO_2 films.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;TN249

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