[发明专利]一种多层薄膜材料热导率在线测量装置与测量方法

说明书

本发明公开了一种多层薄膜材料热导率在线测量装置与测量方法，所述装置包括：长度不同的两组双端固支梁和三组金属电极；两组双端固支梁包括第一双端固支梁组和第二双端固支梁组；三组金属电极包括第一金属电极组、第二金属电极组和第三金属电极组。所述方法包括：对每一根双端固支梁施加恒定电流I进行加热，测量加热过程中每一根双端固支梁两端的瞬态电压，当温度达到稳态时，测量每一根双端固支梁两端的稳态电压；基于测量的数值，通过拟合并求解预设方程组，得到各层薄膜的热导率。本发明具有操作简单，成本低，无需真空环境，测量速度快的优点。

技术领域

本发明涉及一种多层薄膜材料热导率在线测量装置与测量方法，属于微电子机械系统及其材料参数测试技术领域。

背景技术

随着MEMS产业化的发展，MEMS产品的设计结构越来越复杂，表面微加工薄膜的层数越来越多，薄膜材料类型越来越多，对工艺线的要求也越来越高。目前一些MEMS器件在实际制作时，产品的一致性无法得到保障，而MEMS材料参数在线测试技术是监控加工工艺线的稳定性、一致性和均匀性，以及保证加工工艺线良率的关键。

热导率是薄膜材料最重要的热学参数之一，对其进行在线测试需要满足以下几点要求：(1)测试结构的工艺必须与待测薄膜材料的加工工艺相兼容；(2)测试结构必须采用电学手段进行测量；(3)测试方法对测试环境和测试仪器的要求不应太高。目前最常用的多层薄膜热导率测试方法有稳态法、3ω法和时域法，其中，稳态法和3ω法需要额外的工艺步骤制作加热条和测温电阻，稳态法还必须在真空环境中进行测试，时域法采用的是光学手段，需要专门的光学仪器，测量速度慢，这几种方法都不符合在线测试的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种多层薄膜材料热导率在线测量装置与测量方法，能够实现对多层薄膜热导率的在线测试。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种多层薄膜材料热导率在线测试装置，包括：长度不同的两组双端固支梁和三组金属电极；

所述两组双端固支梁包括第一双端固支梁组和第二双端固支梁组；所述第一双端固支梁组和第二双端固支梁组分别包括n根双端固支梁；

所述三组金属电极包括第一金属电极组、第二金属电极组和第三金属电极组，所述第一金属电极组设于第一双端固支梁组的一端，所述第二金属电极组设于第一双端固支梁组的另一端和所述第二双端固支梁组的一端，所述第三金属电极组设于所述第二双端固支梁组的另一端。

结合第一方面，进一步地，所述第一双端固支梁组中n根双端固支梁的层数分别为1，2，……，n，每根双端固支梁的长度均为l₁，宽度均为w，各层的厚度分别为h₁，h₂，……，h_n。

结合第一方面，进一步地，所述第二双端固支梁组中n根双端固支梁的层数分别为1，2，……，n，每根双端固支梁的长度均为l₂，宽度均为w，各层的厚度分别为h₁，h₂，……，h_n。

第二方面，基于第一方面的一种多层薄膜材料热导率在线测量方法，包括：

对每一根双端固支梁施加恒定电流I进行加热，测量加热过程中每一根双端固支梁两端的瞬态电压，当温度达到稳态时，测量每一根双端固支梁两端的稳态电压；

基于测量的数值，通过拟合并求解预设方程组，得到各层薄膜的热导率。

结合第二方面，进一步地，还包括测量多层薄膜材料热导率在线测试装置的基础数据，包括：

在室温T₀下分别测量第一双端固支梁组中每一根双端固支梁的电阻R₁₀，R₂₀，……，R_n0；