本文關(guān)鍵詞：基于3ω法體塊和薄膜材料熱物性的研究

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【摘要】：隨著科技的發(fā)展,微小器件的尺寸正在快速縮小,集成度的提高等越來越成為科技進(jìn)步的主要問題,而微器件的熱管理問題也就成為了焦點(diǎn)問題。3ω法作為一種測試體塊和薄膜材料熱導(dǎo)率非常有效的方法,對(duì)其進(jìn)行深入的研究具有重要的意義。本文首先介紹了體塊和薄膜材料熱導(dǎo)率研究的意義和現(xiàn)狀,同時(shí)給出了一些測量材料熱物性的方法,提出了3ω法是測量體塊和薄膜材料比較有效且應(yīng)用廣泛的方法。在探討經(jīng)典3ω法測體塊材料和改進(jìn)型3ω法測薄膜材料的原理基礎(chǔ)上,我們組建了一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),該系統(tǒng)利用低溫臺(tái)控制樣品測量時(shí)所需要的溫度環(huán)境,利用鎖相放大器提供信號(hào)并測量電路產(chǎn)生的三諧電壓信號(hào)。然后為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可行性,我們測量了文獻(xiàn)標(biāo)定的體塊硅的熱導(dǎo)率,得到了體態(tài)硅的熱導(dǎo)率隨溫度變化的曲線；同時(shí)我們也測量了5μm二氧化硅、1039μm二氧化硅以及302.8nm二氧化硅薄膜的熱導(dǎo)率,以51μm二氧化硅為例,繪制出了其在溫度T為30K--340K時(shí)的熱導(dǎo)率曲線圖,得到了二氧化硅薄膜室溫下的熱導(dǎo)率值為1.34W/(m·K),與文獻(xiàn)參考值一致,驗(yàn)證了系統(tǒng)測量的可行性。最后本文介紹了實(shí)驗(yàn)室使用比較廣泛的熔融石英片基本性質(zhì)和用途,我們測量了其熱導(dǎo)率性質(zhì),繪制了其熱導(dǎo)率值隨溫度變化的曲線圖,得到了室溫時(shí)熔融石英片的熱導(dǎo)率值為3.0371W/(m·K)。綜上所述,本論文采用3ω法原理和實(shí)驗(yàn)測量相結(jié)合的方法進(jìn)行研究。根據(jù)3ω法測試體塊樣品和薄膜樣品熱導(dǎo)率的基本原理,我們組建了實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)。然后,利用該系統(tǒng)測試了體塊硅和不同厚度二氧化硅薄膜的熱導(dǎo)率性質(zhì),驗(yàn)證了所搭建系統(tǒng)的可行性。最后我們又測量了熔融石英片的熱導(dǎo)率性質(zhì),進(jìn)一步為未來對(duì)3ω法的研究奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：熱管理 3ω法 熱導(dǎo)率 體塊 薄膜
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.2;TB383.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-21
• 1.1 課題研究的背景和意義9-11
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究的意義10-11
• 1.2 微尺度熱學(xué)研究簡介11
• 1.3 薄膜熱物性研究的實(shí)驗(yàn)方法11-18
• 1.3.1 閃光法12-13
• 1.3.2 交流量熱法13
• 1.3.3 微橋法13-14
• 1.3.4 光熱反射法14-15
• 1.3.5 類穩(wěn)態(tài)雙橋法15-16
• 1.3.6 穩(wěn)態(tài)雙橋法16
• 1.3.7 調(diào)制激光光熱反射法16-17
• 1.3.8 3~ω法17-18
• 1.4 3~ω法測試材料熱物性研究的意義和現(xiàn)狀18-20
• 1.5 論文的研究內(nèi)容20-21
• 第二章 3~ω法的基本原理和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組建21-44
• 2.1 3~ω法的測試原理21-30
• 2.1.1 3~ω法的基本原理21
• 2.1.2 經(jīng)典3~ω方法測量體塊材料熱導(dǎo)率21-26
• 2.1.3 3~ω法測量薄膜熱導(dǎo)率26-30
• 2.2 微加熱器/傳感器的設(shè)計(jì)與制備30-33
• 2.2.1 微加熱器/傳感器的設(shè)計(jì)30-31
• 2.2.2 微加熱器/傳感器材料的選擇31
• 2.2.3 微加熱器/傳感器的制備31-33
• 2.3 測試系統(tǒng)組建33-43
• 2.3.1 測試系統(tǒng)簡介33-34
• 2.3.2 測試系統(tǒng)框圖34-36
• 2.3.3 低溫光學(xué)恒溫器和鎖相放大器36-43
• 2.4 本章小結(jié)43-44
• 第三章 基于3~ω法體態(tài)硅及氧化硅薄膜熱物性測試44-54
• 3.1 測試原理44-45
• 3.2 測試過程45-48
• 3.2.1 測試樣品的制備及其幾何參數(shù)45
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)測量與數(shù)據(jù)分析45-48
• 3.3 測試結(jié)果48-53
• 3.3.1 體態(tài)硅樣品的測量結(jié)果48-49
• 3.3.2 氧化硅薄膜樣品的測量結(jié)果49-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第四章 熔融石英片的熱導(dǎo)率測量54-59
• 4.1 樣品簡介54-55
• 4.1.1 熔融石英的基本概念54
• 4.1.2 熔融石英的應(yīng)用54-55
• 4.2 測試過程55
• 4.3 實(shí)驗(yàn)測量與數(shù)據(jù)分析55-57
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析57-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 結(jié)論與展望59-61
• 5.1 本文研究結(jié)論59
• 5.2 展望59-61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 致謝64-65

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 張建生;楊君友;朱文;肖承京;張輝;彭江英;;薄膜熱導(dǎo)率測試方法研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2010年07期

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3 許自強(qiáng),唐禎安,黃正興,丁海濤;基于交流量熱法的薄膜熱擴(kuò)散率自動(dòng)測試系統(tǒng)的研究[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2005年08期

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本文編號(hào)：1041481