用于测量亚毫米级样品各向异性热物性参数的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及热物性测量领域，其公开了一种用于测量亚毫米级样品各向异性热物性参数的方法及系统。该方法采用方波函数对泵浦激光进行调制，形成加热激光，并同时借助探测激光进行信号探测。通过高速数模转换器对探测信号进行采集，并将其输入并行计算的图形处理单元进行处理，以获得高信噪比的实验测量温度信号。通过构建基于样品分层结构的三维热扩散方程，推导出三维各向异性传热模型，从而获得模拟温度信号。最后，采用最佳拟合方法，以最小化偏差为目标，将实验测量温度信号与模拟温度信号进行比对，以获取待测热物性参数。本申请能够准确测量在0.1到3000W/(m·K)范围内的三维各向异性热导率，并能同时测量比热容，测量误差小于10％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热物性测量相关，更具体地，涉及一种用于测量亚毫米级样品各向异性热物性参数的方法及系统。

技术介绍

1、在工业和科学研究中，许多情况需要实现对亚毫米级小尺寸样品各向异性热物性的准确测量。在芯片制造领域，晶体管内存在多层结构，包含数十纳米至数百微米厚的薄膜，这些薄膜由于几何结构等因素在面内和纵向方向呈现不同的性质。准确测量这些薄膜的各向异性热物性对于优化芯片热设计以及实现芯片高效的热管理具有重要意义。在功能材料领域，制备工艺的限制导致很多新型材料，如氮化硼、硒化铋等，难以制备成厘米级大尺寸样品，无法满足常规热测量方法(如稳态法、激光闪光法、防护热板法等)的需求。

2、泵浦-探测热反射技术是一种在测量亚毫米级小尺寸样品热物性时具有独特优势的方法。通过使用激光对样品进行加热和测温，这种技术可以实现高度局部的能量输运和敏感的温度检测。由于激光在聚焦后能够形成直径仅为数微米至数十微米的光斑，因此仅需要样品具有数十微米径向尺寸的光学平整的面积即可进行测量。

3、几种常见的泵浦-探测热反射技术包括时域热反射法(tdtr)、频域热反射法本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于测量亚毫米级样品各向异性热物性参数的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述高速数模转换器包括光电探测器和数据采集卡，其中光电探测器和数据采集卡的带宽均大于1GHz。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤S3包括：

4.根据权利要求1或3所述的测量方法，其特征在于，所述三维各向异性传热模型的表达式为：

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤S3还包括对所述三维各向异性传热模型进行敏感性分析，以获取所述模拟温度信号模型对待测物性参数和输入参数的敏感性程度。

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【技术特征摘要】

1.一种用于测量亚毫米级样品各向异性热物性参数的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述高速数模转换器包括光电探测器和数据采集卡，其中光电探测器和数据采集卡的带宽均大于1ghz。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤s3包括：

4.根据权利要求1或3所述的测量方法，其特征在于，所述三维各向异性传热模型的表达式为：

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，步骤s3还包括对所述三维各向异性传热模型进行敏感性分析，以获取所述模拟温度信号模型对待测物性参数和输入参数的敏感性程度。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，采用敏感性系数的绝对值与预设阈值的相对大小判断所述三维各向异性传热模型对待测物性参数和输入参数的敏感性程度；所述敏感性系数sα的计算表达式为：

7.根据权利要求5或6所述的测量方法，其特征在于，步骤s3还包括基于所述敏感性系数调节加热激光的光斑尺寸和调制频率，以使测量信号对待测参数的敏感性...

【专利技术属性】
技术研发人员：江普庆，杨荣贵，宋尚智，陈韬，吴晋龙，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：