發(fā)布時間：2020-04-05 03:58

【摘要】：熱輸運特性作為評價半導(dǎo)體材料能量轉(zhuǎn)換效率和散熱性能的重要指標(biāo),在空間技術(shù)、能源技術(shù)、材料科學(xué)、信息技術(shù)和微機電系統(tǒng)等領(lǐng)域中扮演著重要角色。熱輸運特性是材料的固有屬性,但也受外界環(huán)境的影響,如對壓力和溫度都具有依賴性。高壓可以改變半導(dǎo)體材料彈性模量、聲速、聲子態(tài)密度和界面鍵合力等,是改善半導(dǎo)體材料性能的重要途徑。低溫強烈地影響半導(dǎo)體材料的聲子平均自由程,進而影響其內(nèi)部載流子的散射機制。因此,研究高壓、低溫條件對半導(dǎo)體材料熱輸運特性的影響具有重要意義。本文采用雙波長飛秒激光抽運-探測熱反射法(TDTR)分別結(jié)合金剛石對頂砧(DAC)系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)來實現(xiàn)高壓、低溫條件下材料熱物性的非接觸測量,該方法的特點是通過光加熱、光測量、光譜測壓,樣品處于獨立空間中,壓力范圍可達0-500 GPa,溫度范圍可達4-2000 K,是其他熱輸運特性表征方法無法實現(xiàn)的。通過設(shè)計高壓樣品臺和DAC原位成像系統(tǒng)以及加工低溫樣品腔調(diào)整架,將TDTR系統(tǒng)分別與高壓系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)有機結(jié)合在一起。通過激光發(fā)散角改變、光束整形、光斑精確定位以及諧振濾波等手段,對TDTR光路系統(tǒng)和信號采集系統(tǒng)進行了優(yōu)化,使系統(tǒng)信噪比提升了3個數(shù)量級。基于自由參數(shù)與待測參數(shù)之間相對敏感度的概念,進行了多參數(shù)測量的敏感度分析,建立了TDTR實驗測量的誤差分析方法。實驗獲得了0-25 GPa壓力范圍GaAs熱導(dǎo)率以及Au/GaAs界面熱導(dǎo)隨壓力變化規(guī)律。采用第一性原理結(jié)合玻爾茲曼輸運方程計算了相同壓力范圍的GaAs聲子比熱容、群速度、弛豫時間,進而獲得了GaAs熱導(dǎo)率。理論計算與實驗測量結(jié)果趨勢一致。實驗獲得了4-300 K溫度范圍6H-SiC熱導(dǎo)率以及Al/6H-SiC界面熱導(dǎo)的隨溫度變化規(guī)律。采用第一性原理結(jié)合玻爾茲曼輸運方程計算了100-1000 K溫度范圍內(nèi)6H-SiC和3C-SiC熱導(dǎo)率,采用DMM模型計算了Al/6H-SiC界面熱導(dǎo)。理論計算與實驗測量結(jié)果一致。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN304

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本文編號：2614503