【技术实现步骤摘要】
本申请涉及材料热性能测量，尤其涉及一种测量薄膜热导率的装置和方法。
技术介绍
1、薄膜是材料学领域的一个重要分支，其在各行各业均有着广泛的应用。热导率是薄膜的一项重要物理参数。目前，通常采用时域热反射(time-domain thermal re-flectance，tdtr)法、3ω法或者电加热法来测量薄膜的热导率。但是，上述方法通常存在测量过程复杂，且对薄膜样品加热不均匀，导致热导率测量结果不准确的问题。
技术实现思路
1、本申请提供一种测量薄膜热导率的装置和方法，用于解决现有技术中薄膜热导率的测量过程复杂且测量结果不准确的问题。
2、为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
3、第一方面，本申请实施例提供一种测量薄膜热导率的装置，包括：真空箱，用于提供真空度小于阈值的测量环境；样品台，位于真空箱内，用于放置薄膜样品，使得薄膜样品的中间部位悬空；激光发射组件，用于向薄膜样品有效测量区域的整个上表面发射激光，以控制薄膜样品升温；电压测量组件，用于测量薄膜样品在升温过程中的电压变化数据；分析控制组件，用于根据多组不同有效测量长度的薄膜样品的电压变化数据，确定薄膜样品所包括的待测薄膜的热导率。
4、本申请实施例提供的测量薄膜热导率的装置，不仅使用简单，而且采用真空箱避免了热对流对热导率测量的影响，还采用激光通过非接触的方式对薄膜样品进行均匀加热，具有较高的热导率测量精度。
5、在一些实施例中，分析控制组件用于根据多组电压变化数据，确定薄
6、在一些实施例中，分析控制组件根据不同有效测量长度的薄膜样品的电压变化数据，确定各个薄膜样品的热扩散系数αmea，包括：对各个薄膜样品的电压变化数据进行降噪处理和归一化拟合分析，得到各个薄膜样品的归一化电压响应曲线，归一化电压响应曲线用于表示薄膜样品在升温过程中两端的电压随时间的变化情况；在归一化电压响应曲线中，根据电压特征点确定响应时间δtc；将响应时间δtc代入光热电测法方程αmea＝0.1421×l2/δtc，得到各个薄膜样品的热扩散系数αmea。
7、在一些实施例中，分析控制组件根据薄膜样品的热传导部分的热扩散系数αcon、比热容cp和密度ρ，确定待测薄膜的热导率k，包括：当各个薄膜样品仅包括待测薄膜，且该待测薄膜为自支撑的单层薄膜时，该待测薄膜的热导率k＝cte×ρte×αcon，其中，cte为待测薄膜的比热容，ρcon为待测薄膜的密度。
8、在一些实施例中，分析控制组件根据薄膜样品的热传导部分的热扩散系数αcon、比热容cp和密度ρ，确定待测薄膜的热导率k，包括：
9、当薄膜样品同时包括待测薄膜和衬底，且该待测薄膜附着在衬底上时，根据修正公式αcon＝c1αte+c2αsub对薄膜样品的热传导部分的热扩散系数αcon进行修正，得到修正后的热传导部分的热扩散系数αte；根据热导率计算公式k＝cte×ρte×αte计算待测薄膜的热导率。
10、其中，ρte为待测薄膜的密度，cte为待测薄膜的比热容，dte为待测薄膜的厚度，αte为待测薄膜的热传导部分的热扩散系数；ρsub为衬底的密度，csub为衬底的比热容，dsub为衬底的厚度，αsub为衬底的热传导部分的热扩散系数。
11、在本实施例中，针对待测薄膜附着在衬底上的情况，采用等效热阻法对热传导部分的热扩散系数αcon进行修正，修正过程简便且误差较小，能够去除衬底对热传导部分的热扩散系数的影响。
12、在一些实施例中，真空箱包括：箱体，可开合且设置有透明视窗；真空泵，与箱体的内部空间连通，用于控制箱体内部的真空度小于阈值。真空箱能够减少由于空气热对流造成的漏热，提高热导率测量的准确性。
13、在一些实施例中，样品台包括；基座，基座绝缘且上表面设置有滑槽；第一热沉和第二热沉，位于基座上方，并且可滑动地安装在滑槽上，分别用于固定薄膜样品的两端；第一电接线头和第二电接线头，分别设置在第一热沉和第二热沉上，用于连接电压测量组件。样品台可以避免待测薄膜的有效测量区域与其他物体接触而发生热传导，提高热导率测量的准确性，并为薄膜样品升温过程中的电压变化数据的测量提供便利。
14、在一些实施例中，基座为电绝缘陶瓷片。
15、在一些实施例中，薄膜样品的两端通过银浆分别固定在第一热沉和第二热沉上。银浆可以使薄膜样品与热沉之间形成较好的热接触和电接触，提高电压数据测量的准确性，进而提高热导率的测量结果。
16、在一些实施例中，该装置还包括：环境温度控制组件，用于控制真空箱内的温度保持在预设温度。环境温度控制组件能够避免多次测量过程中环境温度不同对热导率测量结果的不良影响，提高热导率测量的准确性。
17、在一些实施例中，环境温度控制组件包括：加热台，设置在真空箱的箱体内，用于给箱体的内部空间加热；温度控制器，用于控制加热台的温度。
18、在一些实施例中，电压测量组件包括：直流电源，分别与第一电接线头和第二电接线头连接，用于向薄膜样品提供恒定的直流电流；电压信号采集单元，分别与第一电接线头和第二电接线头连接，用于在薄膜样品升温的过程中采集薄膜样品两端的电压变化数据。直流电源和电压信号采集单元通过四线法连接薄膜样品，能够准确测量薄膜样品两端的电压变化数据，减少测量误差。
19、在一些实施例中，激光发射组件包括：信号发生器，用于控制激光的频率和功率；激光发射器，用于根据频率和功率向薄膜样品的整个表面发射激光。在本实施例中，激光非接触式加热可降低薄膜样品的帕尔贴效应对测试信号的影响，有利于薄膜样品在升温过程中产生低噪声的电压信号。
20、第二方面，本申请实施例提供一种测量薄膜热导率的方法，应用于上述第一方面提供的装置，该方法包括：重复执行如下步骤s1～s3，获得不同有效测量长度的薄膜样品的电压变化数据，各个薄膜样品所包括的待测薄膜相同。
21、s1将薄膜样品固定在样品台上，保持薄膜样品的中间位置悬空，并测量薄膜样品的有效测量长度。s2使用真空箱抽真空，使得真空箱内的真空度小于阈值。s3使用激光发射组件向薄膜样品有效测量区域的整个上表面发射激光，以控制薄膜样品升温，并使用电压测量组件记录升温过程中薄膜样品两端的电压变化数据。
22、使用分析控制组件，根据不同有效测量长度的薄膜样品的电压变化数据，确定各个待测薄膜的热导率。
23、在一些实施例中，使用分析控制组件，根据不同有效测量长度的薄膜样品的电压变化数据，确定各本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种测量薄膜热导率的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分析控制组件，用于根据多组所述电压变化数据，确定所述薄膜样品所包括的待测薄膜的热导率，包括：
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述分析控制组件，根据不同有效测量长度的所述薄膜样品的所述电压变化数据，确定各个所述薄膜样品的热扩散系数αmea，包括：
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述分析控制组件，根据所述薄膜样品的热传导部分的热扩散系数αcon、比热容Cp和密度ρ，确定所述待测薄膜的热导率k，包括：
5.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述分析控制组件，根据所述薄膜样品的热传导部分的热扩散系数αcon、比热容Cp和密度ρ，确定所述待测薄膜的热导率k，包括：
6.根据权利要求1～5任一项所述的装置，其特征在于，所述真空箱包括：
7.根据权利要求1～6任一项所述的装置，其特征在于，所述样品台包括；
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述薄膜样品的两端通过银浆分别固定
9.根据权利要求1～8任一项所述的装置，其特征在于，还包括：
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述环境温度控制组件包括：
11.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述电压测量组件包括：
12.根据权利要求1～11任一项所述的装置，其特征在于，所述激光发射组件包括：
13.一种测量薄膜热导率的方法，其特征在于，应用于如权利要求1～12任一项所述的装置，所述方法包括：
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述使用所述分析控制组件，根据不同有效测量长度的所述薄膜样品的所述电压变化数据，确定各个所述薄膜样品的热扩散系数αmea，包括：
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据不同有效测量长度的所述薄膜样品的所述电压变化数据，确定各个所述薄膜样品的热扩散系数αmea，包括：
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述根据所述薄膜样品的热传导部分的热扩散系数αcon、比热容Cp和密度ρ，确定所述待测薄膜的热导率k，包括：
17.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述根据所述薄膜样品的热传导部分的热扩散系数αcon、比热容Cp和密度ρ，确定所述待测薄膜的热导率k，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种测量薄膜热导率的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分析控制组件，用于根据多组所述电压变化数据，确定所述薄膜样品所包括的待测薄膜的热导率，包括：
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述分析控制组件，根据不同有效测量长度的所述薄膜样品的所述电压变化数据，确定各个所述薄膜样品的热扩散系数αmea，包括：
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述分析控制组件，根据所述薄膜样品的热传导部分的热扩散系数αcon、比热容cp和密度ρ，确定所述待测薄膜的热导率k，包括：
5.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述分析控制组件，根据所述薄膜样品的热传导部分的热扩散系数αcon、比热容cp和密度ρ，确定所述待测薄膜的热导率k，包括：
6.根据权利要求1～5任一项所述的装置，其特征在于，所述真空箱包括：
7.根据权利要求1～6任一项所述的装置，其特征在于，所述样品台包括；
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述薄膜样品的两端通过银浆分别固定在所述第一热沉和所述第二热沉上。
9.根据权利要求1～8任一项所述的装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩猛，刘睿恒，凌奕锋，邱国娟，张雪琴，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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