【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微尺度下热物理性质检测，尤其是涉及一种基于弹道输运理论和微纳尺度高频测试实验结合的半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法、装置及存储介质。
技术介绍
1、目前，芯片的特征线宽已降至纳米级(nm)，主频已超过吉赫兹(ghz)，在超高频工况下高功率密度器件的热学可靠性面临巨大挑战。半导体材料中的热传导主要依赖声子(即晶格振动的量子化)，其热输运机理的研究对于理解纳米结构材料或超快加热过程中的材料导热性能尤为关键，对芯片热设计与热管理有重要的指导意义。
2、材料本征导热系数由气体动力学理论描述为：其中，cω是振动角频率为ω的声子的单位体积比热容，vω是声子群速度，λω是声子平均自由程(meanfree path，mfp)，即声子两次碰撞经历路程的统计平均。为更直观地表明不同平均自由程的声子的导热能力，上式通过积分变量代换可以变为：其中表示平均自由程为λω的声子对导热系数的贡献。由此可见，声子导热能力呈现平均自由程谱分布，材料本征导热系数为不同平均自由程声子导热能力的积分和。基于微纳尺度测试实验重构声子导热能力的谱分布是研究声子热输运机理的基础，也是微尺度传热领域的研究热点。
3、目前，通过调控系统特征尺寸(样品尺寸、加热器尺寸)实现声子输运方式由扩散输运到弹道输运的转变，扩散输运下声子间经历充分散射(碰撞)，平均自由程为本征值，导热能力不受影响，而弹道输运下声子平均自由程受到样品尺寸抑制会减小，导热能力受限。同一特征尺寸对不同平均自由程声子的导热能力抑制程度不同，通过实验测得不同特征尺寸下样品等效
4、现在技术存在以下两个问题：
5、1、上述理论数值计算方法复杂，需要大量算力资源和计算时间，且以声子基本信息作为输入正向计算样品导热系数、温度和热流分布，无法得到物理图像清晰的解析解，因而无法逆向直接从实验数据中提取声子谱。
6、2、上述测试声子弹道输运的实验方法的热学模型都基于于扩散方程。包含声子弹道输运现象的实验数据被拟合至描述扩散输运的物理模型，造成了实验方法与所测试物理现象的不自洽，进而影响重构结果准确性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了提供一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法、装置及存储介质。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，包括：
4、步骤s1：通过实验测试得到不同加热频率ωh的交流热流激励下样品的响应温升变化；
5、步骤s2：根据一阶球谐函数近似求解玻尔兹曼输运方程得到扩散型方程，结合修正滑移边界条件，得到样品理论温度变化的解析表达式，其中，该解析表达式中，样品理论温度变化与交流热流激励的幅值与频率、加热器尺寸、样品本征声子平均自由时间谱、加热器与样品间声子穿透系数相关；
6、步骤s3：代入样品实测温度变化与交流热流激励的幅值与频率、加热器尺寸后，拟合实验测得的响应温升变化和理论温度变化得到样品本征声子平均自由时间谱和加热器与样品间声子穿透系数完成声子平均自由时间谱的重构。
7、所述样品理论温度变化的解析表达式为：
8、
9、其中：p0为交流热流激励的幅值，l为微加热器长度，cω为声子频率为ω的声子的单位体积比热容，vω为声子群速度，∈为加热器和样品间声子的穿透系数，λ为傅里叶余弦逆变换积分变量，b为微加热器半宽，为第一中间参数，h为heaviside阶跃函数，t为时间。
10、所述交流热流激励的幅值为：
11、
12、其中：i1ω为加热电流的幅值，re为加热器的电阻。
13、所述第一中间参数为：
14、
15、其中：kac,ω为交流导热系数，为第二中间参数。
16、所述第二中间参数为：
17、
18、其中：ωh为加热频率，αac,ω为交流热扩散系数。
19、所述交流导热系数为：
20、
21、其中：τω为平均自由时间。
22、所述修正滑移边界条件为：
23、
24、其中：qnet,bdy(x,y＝0)为样品上表面边界处输入激励热流分布，gω(y＝∞)为样品下底面边界处的声子入射辐射能，εω为加热器和样品间声子频率为ω的声子的穿透系数，为边界处单位法向量。
25、所述步骤s3包括：
26、步骤s3-1：得到理论温度变化表达式的实部和虚部，并基于理论温度变化表达式的实部和虚部得到理论相位滞后；
27、步骤s3-2：代入样品实测温度变化与交流热流激励的幅值与频率、加热器尺寸，得到实测温度变化表达式的实部和虚部，并基于实测温度变化表达式的实部和虚部得到实测相位滞后；
28、步骤s3-3：将实测相位滞后拟合至理论相位滞后得到声子散射系数和各平均自由程的声子对导热系数的贡献；
29、步骤s3-4：基于声子散射系数和各平均自由程的声子对导热系数的贡献得到重构后的声子平均自由时间谱。
30、所述平均自由程的声子对导热系数的贡献为：
31、
32、其中：kτ为声子mft谱函数，表示平均自由时间为τω的声子的导热系数。
33、一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构装置，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述的方法。
34、一种存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被执行时实现如上述的方法。
35、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：解决现有理论数值计算方法对算力资源要求高，计算时间长，且无法直接从实验数据中提取声子信息的缺陷，以及传统的传统声子谱重构技术中实验方法与所测试物理现象不自洽的问题。本专利技术理论模型以形式简洁的解析表达式准确高效准确模拟样品内温度和热流分布，可与现有各种交流加热实验方法结合，准确、高效、自洽地合实验数据并从中重构样品本征声子平均自由时间(mft)谱以及加热器与样品间声子的穿透系数。
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1.一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，其特征在于，所述样品理论温度变化的解析表达式为：
3.根据权利要求2所述的一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，其特征在于，所述交流热流激励的幅值为：
4.根据权利要求2所述的一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，其特征在于，所述第一中间参数为：
5.根据权利要求4所述的一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，其特征在于，所述第二中间参数为：
6.根据权利要求4所述的一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，其特征在于，所述修正滑移边界条件为：
7.根据权利要求4所述的一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
8.根据权利要求7所述的一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，其特征在于，所述平均自由程的声子对导热系数的贡献为：
9.一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构装置，包括存储器、处理器，以及
10.一种存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被执行时实现如权利要求1-8中任一所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，其特征在于，所述样品理论温度变化的解析表达式为：
3.根据权利要求2所述的一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，其特征在于，所述交流热流激励的幅值为：
4.根据权利要求2所述的一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，其特征在于，所述第一中间参数为：
5.根据权利要求4所述的一种半导体材料声子平均自由时间谱的重构方法，其特征在于，所述第二中间参数为：
6.根据权利要求4所述的一种半导体材料声子平均自...
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