一种测量薄膜导热系数的方法技术

本发明专利技术涉及材料领域，一种测量薄膜导热系数的方法，确定待测薄膜厚度；测量薄膜对光的吸收率；将薄膜转移到衬底上；可见光源从衬底下方发射；可见光直接进入光电二极管，位移台在薄膜上方平面内匀速运动，光电二极管采集光信号，得二维照明光功率密度分布图；由步骤二、五得到的薄膜光吸收率及照明光功率密度，计算薄膜的区域吸收功率密度pabs；安装样品架、衬底和薄膜，水平方向移动位移台使其远离衬底，红外摄像机采集薄膜发出的红外光，并进行成像，进而得到薄膜温度分布，选取不同透孔重复测量，通过平均数据及分析得到近邻透孔中心的温度分布曲率；根据温度分布曲率、吸收功率密度pabs和薄膜厚度d，计算确定薄膜的面内导热系数k||。

Method for measuring thermal conductivity of thin film

The present invention relates to the field of materials, a method for measuring the thermal conductivity of thin films, film thickness to be measured; measuring film absorption of the light will be transferred to the substrate; thin film; visible light emission from the substrate below; visible light directly into the photodiode, uniform in the film above the plane displacement, photodiode light collection signal, two-dimensional illumination power density distribution; step two, five film produced by light absorption rate and lighting power density calculation of thin film region absorption power density PAbs; installation of sample holder, substrate and thin film, away from the horizontal direction of the substrate displacement, the infrared camera collects infrared light from the film. And then get the film imaging, temperature distribution, selection of different penetration hole through repeated measurements, the average data obtained through hole center neighbor The temperature distribution curvature, the in-plane thermal conductivity k|| of the film is calculated according to the temperature distribution curvature, the absorbed power density PAbs and the film thickness D.

【技术实现步骤摘要】
一种测量薄膜导热系数的方法
本专利技术涉及材料性质表征
，特别是一种具有带孔的衬底、能够对绝对温度的测量精度的要求降低、简化实验过程的一种测量薄膜导热系数的方法。
技术介绍
现有测量薄膜导热系数的方法包括拉曼频移方法、光学泵浦-探测技术等，其共同缺点是实验前的校准过程过于复杂；红外热成像技术有测量速度快的优点，但是使用红外热成像技术确定薄膜面内导热系数时通常使用埃格斯特朗方法，其缺点是对样品上照亮区域的定位精度要求较高，即需要聚焦激光束，从而会增加样品损坏的风险。所述一种测量薄膜导热系数的方法能解决这一问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术是用于测量薄膜的面内导热系数的红外热成像方法，通过可见光加热待测薄膜，并使用带孔的衬底作为导热槽，以使得待测薄膜产生稳态温度梯度。本专利技术所采用的技术方案是：所述一种测量薄膜导热系数的方法，装置主要包括衬底、待测薄膜、位移台、光电二极管、可见光源、红外摄像机、透孔、计算机，所述衬底位于样品架上，样品架能够根据实验需要移除，所述衬底由铜制成，所述待测薄膜位于所述衬底上面，所述光电二极管连接所述位移台下侧，所述位移台能够在距离所述待测薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量薄膜导热系数的方法，装置主要包括衬底(1)、待测薄膜(2)、位移台(3)、光电二极管(4)、可见光源(5)、红外摄像机(6)、透孔(7)、计算机，所述衬底(1)位于样品架上，样品架能够根据实验需要移除，所述衬底(1)由铜制成，所述待测薄膜(2)位于所述衬底(1)上面，所述光电二极管连接所述位移台下侧，所述位移台(3)能够在距离所述待测薄膜(2)上方某一高度的平面内运动，所述可见光源(5)位于所述衬底(1)下方，所述红外摄像机(6)固定于所述衬底(1)正上方且高于所述位移台(3)，所述可见光源(5)从所述衬底(1)下方向上照射，所述待测薄膜(2)和所述衬底(1)吸收光的能量后产生热流；所...

【技术特征摘要】
1.一种测量薄膜导热系数的方法，装置主要包括衬底(1)、待测薄膜(2)、位移台(3)、光电二极管(4)、可见光源(5)、红外摄像机(6)、透孔(7)、计算机，所述衬底(1)位于样品架上，样品架能够根据实验需要移除，所述衬底(1)由铜制成，所述待测薄膜(2)位于所述衬底(1)上面，所述光电二极管连接所述位移台下侧，所述位移台(3)能够在距离所述待测薄膜(2)上方某一高度的平面内运动，所述可见光源(5)位于所述衬底(1)下方，所述红外摄像机(6)固定于所述衬底(1)正上方且高于所述位移台(3)，所述可见光源(5)从所述衬底(1)下方向上照射，所述待测薄膜(2)和所述衬底(1)吸收光的能量后产生热流；所述衬底(1)具有贯穿上下表面的形状一致的若干透孔(7)，所述透孔(7)上方的所述待测薄膜(2)部分的热分布取决于所述透孔(7)的形状，所述衬底(1)能够作为导热通道，其具有较大的导热系数以快速将多余热量传输走，使得所述待测薄膜(2)产生温度梯度，所述衬底(1)又能够作为光掩膜，其反射了大部分入射光，因此即使在可见光源(5)的最高光强照射下，所述衬底(1)温度的上升在1K之内；通过对薄膜温度增量、光照能量密度、薄膜的光吸收率、薄膜厚度等参数的计算能够得到薄膜的导热系数；所述衬底(1)厚度典型值0.5毫米，当所述衬底(1)上的所述透孔(7)为半径R的圆形，所述透孔(7)直径范围0.2至1毫米，所述待测薄膜(2)的大小范围10×10平方毫米至10×10平方微米，所述光电二极管(4)直径典型值80微米，所述待测薄膜(2)厚度很小，以致于能够使得所述透孔(7)上方部分的所述待测薄膜(2)对光吸收是均匀的，在柱坐标系中简化为一维问题，有其中qr是热流矢量的径向分量，k||是所述待测薄膜(2)的面内导热系数，T(r)是温度分布，在稳态条件下，所述透孔的圆形区域吸收的光功率等于透孔边缘圆周处的光功率流，从而得到r2π...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永建，张向平，方晓华，
申请(专利权)人：金华职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33