[发明专利]一种快速测量薄膜材料热容的装置和方法

说明书

本发明公开了一种快速测量薄膜材料热容的装置和方法，具体地，该装置包括控制设备、时钟同步器、平顶峰激光设备、快速测温仪以及热容输出设备；控制设备和时钟同步器信号连接，时钟同步器同时与平顶峰激光设备和快速测温仪信号连接；在工作状态下，控制设备向时钟同步器发送启动信号，平顶峰激光设备和快速测温仪协调联动，平顶峰激光设备将能量空间分布为平顶峰的激光照射到样品表面，与此同时，快速测温仪捕捉在样品加热过程中某一个时间点的样品的表面温度，将测得的数据输入热容输出设备，得到所需热容参数。本发明的装置结构简单，方法高效准确，可为目前的各种超薄半导体薄膜热物性的设置提供可靠的参数数据。

技术领域

本发明涉及热测量领域，更具体地涉及一种快速测量薄膜材料热容的装置和方法。

背景技术

通过物理或者化学手段在基底上沉积薄膜材料，由于基底在厚度方向上的尺度比薄膜厚度通常会大数百倍甚至上千倍，因此，对薄膜材料的热物性测量成为难题。

差示扫描量热法(DSC)以及热盘法等传统热容测量技术，通常只能进行单一块体的样品进行测量，无法对带有基底的薄膜样品进行测量。

热栅法和延迟法是最新发展起来的利用激光技术对薄膜材料进行热容测量的新方法。热栅法的原理是利用相干的激光在膜的表面形成热光栅，温度会引起热光栅的改变，利用低能量的HE-NE激光测量光栅的改变时间来计算材料的热物参数。延迟法是利用一束激光在膜的上表面加热，另一束低能量激光在下表面监测反射率的变化，从而获得热量穿透镀膜所用的时间。延迟法利用的是热量在膜的厚度方向的瞬态传播时间。这两种方法直接测量的物理量都是材料的热扩散系数或者热导，通过一定的物理关系推算得到热容。

虽然工业薄膜的沉积技术已经有了广泛使用，但是对于沉积到基底表面的薄膜的热性能的测量仍然存在着大量的困难，本领域尚缺乏一种新的测量薄膜材料热容的装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速测量薄膜材料热容的装置和方法，本发明利用激光升温技术与高速测温技术相结合，从而实现对薄膜材料的热容的测量，本发明的装置结构简单，方法高效准确，可为目前的各种超薄半导体薄膜热物性的设置提供可靠的参数数据。

在本发明的第一方面提供了一种快速测量薄膜材料热容的装置，具体地，该装置包括控制设备、时钟同步器、平顶峰激光设备、快速测温仪以及热容输出设备；所述控制设备和所述时钟同步器信号连接，所述时钟同步器同时与所述平顶峰激光设备和所述快速测温仪信号连接；在工作状态下，所述控制设备向所述时钟同步器发送启动信号，所述平顶峰激光设备和所述快速测温仪协调联动，所述平顶峰激光设备将能量空间分布为平顶峰的激光照射到样品表面，与此同时，所述快速测温仪捕捉在所述样品加热过程中某一个时间点的所述样品的表面温度，将测得的数据输入所述热容输出设备，得到所需热容参数。

在另一优选例中，所述平顶峰激光设备包括激光器、扩束镜、空间光整形器和聚焦镜。

在另一优选例中，从所述激光器发射激光，所述激光先经过所述扩束镜，所述激光光强降低，所述激光再经过所述空间光整形器，所述激光的能量空间分布从高斯空间分布整形为平顶峰空间分布，所述激光最后经过所述聚焦镜，照射到所述样品的表面。

在另一优选例中，所述快速测温仪和所述热容输出设备信号连接，所述快速测温仪直接将测得的数据发送至所述热容输出设备。

在另一优选例中，通过操作者手动将所述快速测温仪测得的数据输入到所述热容输出设备。

在另一优选例中，所述热容输出设备包括显示器，所述显示器用于显示热容值。

在另一优选例中，所述控制设备为计算机。

在另一优选例中，所述热容输出设备为计算机。

在另一优选例中，所述控制设备和所述热容输出设备为同一台计算机。