一种多层薄膜材料热导率在线测量装置与测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术具有操作简单，成本低，无需真空环境，测量速度快的优点。速度快的优点。速度快的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种多层薄膜材料热导率在线测量装置与测量方法


[0001]本专利技术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


技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术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，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0005]第一方面，本专利技术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；
[0006]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；
[0007]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。
[0008]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
。
[0009]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
。
[0010]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：
[0011]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；
[0012]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。
[0013]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：
[0014]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R
10
，R
20
，
……
，R
n0
；
[0015]对第一双端固支梁组进行环境温度加热，使第一双端固支梁组中每一根双端固支梁加热至同一温度T1并维持不变，测量每一根双端固支梁的电阻R
11
，R
21
，
……
，R
n1
；
[0016]在室温T0下分别测量第二双端固支梁组中每一根梁的电阻R
’
10
，R
’
20
，
……
，R
’
n0
。
[0017]结合第二方面，进一步地，所述测量加热过程中每一根双端固支梁两端的瞬态电压和测量每一根双端固支梁两端的稳态电压，包括：
[0018]对第一双端固支梁组中每一根双端固支梁施加恒定电流I，测量加热过程中每一根双端固支梁两端的瞬态电压V1(t)，V2(t)，
……
，V
n
(t)，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V
1∞
，V
2∞
，
……
，V
n∞
；
[0019]对第二双端固支梁组中每一根双端固支梁施加恒定电流I，测量加热过程中每一根双端固支梁两端的瞬态电压U1(t)，U2(t)，
……
，U
n
(t)，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U
1∞
，U
2∞
，
……
，U
n∞
。
[0020]结合第二方面，进一步地，所述预设方程组表示为：
[0021][0022]其中，k
i
为各层薄膜的热导率，t为时间，τ为时间常数。
[0023]与现有技术相比，本专利技术实施例所提供的一种多层薄膜材料热导率在线测试装置与测试方法所达到的有益效果包括：
[0024]本专利技术提供的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，具有结构简单，操作便捷的优点；
[0025]本专利技术提供的多层薄膜材料热导率在线测试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；本专利技术利用电流产生焦耳热，通过测量每根双端固支梁加热后的瞬态电压，计算得到各层薄膜的热导率；具有操作简单，成本低，无需真空环境，测量速度快的优点。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例二提供的一种多层薄膜材料热导率在线测试方法的流程图；
[0027]图2是本专利技术实施例三提供的三层薄膜材料热导率在线测试方法使用的三层薄膜材料热导率在线测试装置中三层双端固支梁的剖面图；
[0028]图3是本专利技术实施例三提供的三层薄膜材料热导率在线测试方法使用的三层薄膜材料热导率在线测试装置中双层双端固支梁的剖面图；
[0029]图4是本专利技术实施例三提供的三层薄膜材料热导率在线测试方法使用的三层薄膜材料热导率在线测试装置中单层双端固支梁的剖面图。
[0030]图中：1、绝缘衬底；
[0031]101、201、301：第一双端固支梁；
[0032]102、202、302：第二双端固支梁；
[0033]103、203、303：第一金属电极；
[0034]104、204、304：第二金属电极；
[0035]105、205、305：第三金属电极。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层薄膜材料热导率在线测试装置，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的多层薄膜材料热导率在线测试装置，其特征在于，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
。3.根据权利要求1所述的多层薄膜材料热导率在线测试装置，其特征在于，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
。4.基于权利要求1～3所述的一种多层薄膜材料热导率在线测量方法，其特征在于，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。5.根据权利要求4所述的多层薄膜材料热导率在线测量方法，其特征在于，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R
10
，R
20
，
……
，R
n0<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海韵，秦少玲，王婧雪，陈东旭，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：