电子薄膜传热特性实验与分析研究
| 文献类型 | 学位 |
| 作者 | 余雷[1] |
| 机构 | 北京航空航天大学 ↓ |
| 授予学位 | 博士 |
| 年度 | 2004 |
| 学位授予单位 | 北京航空航天大学 |
| 语言 | 中文 |
| 关键词 | 热物性参数;薄膜;实验;尺寸效应;热辐射 |
| 摘要 | 厚度为微米~亚微米量级的电子薄膜是微电子、光电子、MEMS等器件中的重要元件,薄膜传热性能的好坏直接影响着器件和系统的性能和可靠性.由于薄膜在厚度方向上的尺寸非常小(微米~亚微米),这将导致薄膜的的热物性参数不同于大体积材料值,传热特性也有别于传统的宏观传热,因此亟需开展对电子薄膜传热性能的研究.电子薄膜传热性能的研究是微细尺度传热领域的一个重要方面.本文针对自持薄膜结构-焦耳加热实验研究方案,建立了单层和双层自持薄膜稳态和瞬态传热数学模型和相应的电子薄膜传热实验台,该方案充分考虑了薄膜热辐射和热探测器热容对实验的影响,能同时测量薄膜热导率、发射率、比热容和热扩散率四种热物性参数.在温度为300-420K范围内,首次同时测量了厚度为0.38微米~1.21微米的SiN<,x>、SiO<,2>、Al<,2>O<,3>薄膜的四种热物性参数.实验结果表明,厚度为微米~亚微米的电子薄膜的热导率和热扩散率低于相应大体积值,体现出较明显的尺寸效应,且与薄膜厚度、温度有关;而比热容则与相应大体积值相当.薄膜的微细结构直接影响薄膜的热热物性参数.分析了薄膜稳态传热时的温度场,指出了提高薄膜传热实验精度的方向,即一方面提高测量仪器的测量精度,另一方面薄膜实验样品结构应尽量趋近于模型建立时假设的一维传热模型结构,减小样品实际结构和理想结构间的差异.对薄膜稳态传热实验中的导热热流和热辐射热流进行了定量分析,首次明确提出并用实验证明,在薄膜传热中,热辐射热流是不容忽视的,甚至超过导热热流,与传统的宏观传热分析显著不同,这主要是由于薄膜具有大的面积/体积比所致.采用气动力论(Kinetic Theory)和Boltzmann输运理论分析、解释了薄膜热导率尺寸效应,即随着薄膜厚度的减小,声子-边界散射作用越来越显著,引起声子平均自由程减小,弛豫时间缩短,从而导致薄膜热导率减小.根据最小热导率理论计算了SiN<,x>、SiO<,2>、Al<,2>O<,3>三种无定形材料的理论最小热导率,并与薄膜实验值进行了比较,结果表明,实验测量值与最小热导率理论计算值非常接近. |
影响因子：
dc:title:电子薄膜传热特性实验与分析研究
dc:creator:余雷
dc:date: publishDate:1753-01-01
dc:type:学位
dc:format: Media：北京航空航天大学
dc:identifier: LnterrelatedLiterature：北京航空航天大学.2004.
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dc: identifier:ISBN:
