[发明专利]一种纳米尺度器件散热特性的测试结构和测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种散热特性的测试方法，尤其涉及一种纳米尺度线器件散热特性的测试方法。通过设计一种简单的测试结构，并利用现有的技术，从而实现对纳米尺度器件的散热特性进行研究。

背景技术

随着CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)器件特征尺寸的缩小和集成密度的不断提高，电路的功耗和热量的耗散成为一个普遍关注的问题。当器件特征尺寸进入亚微米、深亚微米领域，电路的集成密度得到了很大的提高，同时急剧增长的功耗带来芯片温度的升高，会使器件性能退化，对电路的可靠工作造成影响，甚至可能使整个电路失效。所以近几十年，人们对材料的热特性测试的研究给与了越来越多的关注，包括单根纳米线热导率的研究，薄膜热导率的研究，和整个器件热导率的研究。相继出现了许多测试方法，然而当器件尺寸小到一定的程度，传统的热特性的研究方法和测试仪器已经逐渐不能满足测试需求，这给器件热特性的研究带来了很大的挑战，设计一种简单有效的测试方法是非常有必要的。

近年来，对材料热特性的测试相继出现了许多方法，例如，steady-state方法，薄膜微米热量计方法，微拉曼谱法，悬置微器件探测器方法，热谱方法，热电镜方法和3ω技术等等。其中微拉曼谱法，是基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应，而发展出来的一种材料特性的研究方法，早期应用于分子结构研究，由于每种材料都有自己的拉曼峰，并且拉曼峰会随温度的不同而产生峰移，所以近年来越来越多的热采用拉曼光谱的这个性质来研究材料的热特性，相继出现了单根纳米线材料热导率的测试，薄层材料热导率的测试，并逐渐发展成熟。而随着激光技术的不断发展，打到物体上的光斑越来越小，使得拉曼光谱法逐渐应用于小尺寸材料。

发明内容

本发明的目的在于结合拉曼激光光谱方法，通过利用一种简单的结构，实现对纳米尺度器件的散热特性进行研究。

本发明提供的技术方案如下：

一种纳米尺度器件散热特性的测试结构(图1)，包括源1、漏2、栅3三部分，其特征是，其中源1和漏2之间有一根悬空纳米线5；栅3和漏2之间有绝缘层6；所述结构采用的是围栅结构，即栅3将纳米线5包围起来，栅3的一端与一个接线板4相连。

所述的测试结构，其特征是，所述测试结构以SOI为衬底。

所述的测试结构，其特征是，所述绝缘层6为绝缘材料层或者空气。

一种纳米尺度器件散热特性的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)制作上面所述的测试结构；

2)由源端开始一直到栅，每隔一段距离D在纳米线上取一个点，采用高功率激光依次给纳米线上各个点加热，当整个系统进入稳态时(即各部分的温度不再变化时)收集各个点的拉曼光谱；

3)通过所测得的各个点的拉曼光谱的峰移，计算出每个点与源、漏端之间的温差，进而求得每个点的温度；

4)计算由栅这条路径的总的热阻R_THG和从栅到漏端之间的纳米线热阻R_THD；

5)比较R_THG和R_THD的大小，找出主要散热路径。根据测试结果可以对纳米尺度器件的散热途径进行改善，从而提高器件的特性。

所述的测试方法，其特征是，步骤1)所述测试结构是在SOI衬底上制成的。

所述的测试方法，其特征是，步骤2)所述给各点加热的步骤是在室温条件下进行的。

所述的测试方法，其特征是，步骤2)所述高功率激光为打到纳米线上的光斑功率为毫瓦量级的激光。

所述的测试方法，其特征是，步骤2)所述距离D＝0.5um。

所述的测试方法，其特征是，所述步骤4)，将所得的各个点的温度T和该点距离源端和纳米线连接处的距离X代入公式：

T＝P[R_TH1(R_TH2+R_TH3)]/(R_TH1+R_TH2+R_TH3)＝P(MX²+NX)

R_TH3＝R_THG//R_THD(“//”为并联符号)