[发明专利]一种利用稳态法测量薄膜导热性能的装置

说明书

本发明涉及材料性能表征领域，具体涉及一种利用稳态法测量薄膜导热性能的装置。该装置包括：样品分析室、真空获得系统、温控系统、信号监测与自动记录系统，样品放在样品分析室内的测试芯片上，样品分析室具有真空密封的功能；真空获得系统与样品分析室相连，为样品提供真空的测试环境；温控系统对测试芯片进行加热、制冷或者保温等操作，为样品提供变温测试环境；信号监测与自动记录系统与温控系统相连，进行温度的自动设定和记录。本发明对薄膜材料的面内热导率进行精确的测量，尤其对于那些因为样品尺寸太小或透光性高等原因，而无法使用其他商用电脑器进行导热性能测试时，采用本发明实验仪器可以准确、快速地获得其导热性能。

技术领域

本发明涉及材料性能表征领域，具体涉及一种利用稳态法测量薄膜导热性能的装置。

背景技术

材料的导热性能是其重要的物理属性，并伴随材料的低维化尺度效应出现有别于传统块体材料的“ballistic”传输效应，极大地影响材料的导热属性和使用性能，低维导热材料在微电子系统热管理领域具有深远和重要的影响。

然而，由于低维材料表现出强烈的导热各向异性以及尺度效应，传统的适用于测量块体材料导热性能的测量设备和原理，如：瞬态激光闪烁法已经完全不适用，瞬态激光的探测束斑面积甚至大于二维材料尺寸。

稳态法是基于热导率的基本定义，在近似绝热的环境下利用一维稳态热源信号测量样品的温升响应来计算热导率。不过当把这种方法运用于对二维材料的导热性能的测试上，则需根据材料的特殊性进行自行设计，目前并无针对这些二维材料可以通用的商用电脑器。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用稳态法测量薄膜导热性能的装置，利用上述装置可以对一些薄膜材料的面内热导率进行精确的测量，尤其对于那些因为样品尺寸太小或透光性高等原因，而无法使用其他商用电脑器进行导热性能测试，本实验仪器可以准确、快速地获得其导热性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种利用稳态法测量薄膜导热性能的装置，该装置包括样品分析室、真空获得系统、温控系统、信号监测与自动记录系统，具体结构如下：

样品放在样品分析室内的测试芯片上，样品分析室为样品测试提供所需要的真空、变温和电路连接的测试环境；真空获得系统与样品分析室相连，为样品提供真空的测试环境；温控系统与样品分析室内的加热制冷台相连，温控系统实现对测试芯片进行加热、制冷或者保温，为样品提供变温测试环境；信号监测与自动记录系统与温控系统相连，进行温度的自动设定和记录，同时信号监测与自动记录系统还与样品分析室内测试芯片的电路进行连接。

所述的利用稳态法测量薄膜导热性能的装置，真空获得系统与真空腔体使用波纹管连接，真空计安装于真空腔体的顶部，并通过导线与数据采集卡连接。

所述的利用稳态法测量薄膜导热性能的装置，在真空腔体内，样品放置在测试芯片上，测试芯片通过样品台与外部测试电路连接；样品台和测试芯片放置在加热制冷台上，密封电连接件设置于真空腔体的侧面，真空腔体内样品台的引线、加热制冷台上的热电偶引线经过密封电连接件引出。

所述的利用稳态法测量薄膜导热性能的装置，真空获得系统为机械泵或分子泵。

所述的利用稳态法测量薄膜导热性能的装置，温控系统的输入端通过引线与样品分析室内的加热制冷台相连，温控系统的输出端连接数据采集卡的输入端，数据采集卡的输出端连至电脑。

所述的利用稳态法测量薄膜导热性能的装置，温控系统采用的是PID或位式的温控仪，温控系统的输出端安装有RS232通讯模块，温控系统通过RS232通讯模块与数据采集卡连接。