[發明專利]一種測試方形納米線邊界熱阻隨尺度變化的方法

有效

• 申請號: 201110053084.1
• 申請日: 2011-03-04
• 公開（公告）號: CN102135512A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 林增明;黃如;黃欣
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N1/28
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

技術領域

本發明涉及一種測試邊界熱阻的方法，尤其涉及一種測試方形納米線條邊界熱阻的方法。通過利用一種差動的思想和簡單的數學計算，從而實現對方形納米線條側面邊界熱阻的測試。

背景技術

隨著半導體產業的不斷發展，人們對材料的熱特性測試的研究給與了越來越多的關注，例如當材料的尺寸到達了微米，甚至是納米階段時的熱容和熱導率的變化等等。當CMOS(Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor)器件特征尺寸的不斷減小，人們對器件的設計要求越來越高，其中熱特性對器件特征的影響越來越嚴重。這就使得對一些半導體器件材料的熱特性的研究不僅僅體現在對一些性質的理解階段，更要上升到如何利用這些性質設計出高性能的器件。所以近幾十年來對器件的散熱研究層出不窮，包括單根納米線熱導率的研究，薄膜熱導率的研究，和整個器件熱導率的研究。相繼出現了許多非常好的測試方法，而對邊界熱特性的研究仍然存在著很大的挑戰，尤其是隨尺度的不斷縮小對不同材料間邊界熱阻的測試變的越來越困難。近年來，對薄層間邊界熱阻的測試出現了一些報道，比如，TDTR(Time-domian?thermoreflectance)方法。然而這種方法的設備比較昂貴，并且對激光光斑的要求非常高。

通過幾十年來科學家的不斷努力，迄今為止，對材料熱特性的測試已經有了許多方法，例如，穩態脈沖方法，薄膜微米熱量計方法，微拉曼譜法，懸置微器件探測器方法，熱譜方法，熱電鏡方法和3ω技術等等。其中穩態脈沖方法需要在待測樣品上淀積特殊的微結構，從而影響了測試準確度。薄膜微納熱量計方法也需要在被測樣品上淀積薄膜微納熱量計，從而使樣品表面的晶格遭到破壞。微拉曼方法對激光的光斑要求很高，隨著尺寸的減小會變得越來越不準確。懸置微器件方法中形成這種結構的工藝非常復雜。熱譜技術一般用于具有良好的溫度反射率相關并且不被其他固體物質所影響的金屬材料。總而言之各種方法都或多或少地存在一些缺點從而制約其發展。而3ω方法由于其設備簡單廉價，操作簡易成為了一種非常通用的測試方法。3ω方法出現時用于測試納米線的熱導率，逐漸被擴展于薄層熱導率的測試，已經成為這個領域中非常成熟的測試方法之一。

3ω方法已經被證明是一種非常有價值的可以用于多種測試系統的熱測試方法，在經典的3ω方法中，被測樣品被通入一頻率為ω的正弦電流，從而在樣品中產生頻率為2ω的溫度震蕩，這個溫度震蕩造成溫度產生器的電阻出現了一頻率為2ω的擾動，最終產生一頻率為3ω的電壓信號，而所要測試的樣品的熱特性正包含在這個信號之中。測得這個信號，通過分析就可以得到樣品的熱特性。然而3ω有一個很大的缺點就是無法直接測得樣品間的界面熱特性。

發明內容

本發明的目的在于采用一種差動的思想，通過利用一種特殊的結構和簡單的計算，實現對不同材料之間邊界熱阻，尤其是對納米線條邊界熱阻隨尺度變化特性進行測試。

本發明提供的技術方案如下：

方案1：一種測試方形納米線側面邊界熱阻隨尺度變化的方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)以樣品A為襯底制作測試結構(參見圖1)，所述測試結構具有如下特征：測試結構上有三個樣品，其中樣品1(Y1)中含有厚度為a的材料B層，樣品2(Y2)中不含材料B層，樣品3(Y3)中含有厚度為2a的材料B層；每個樣品的頂層為厚度相同的金屬層；三個樣品呈直線排列、尺寸相同，相鄰樣品(如Y1和Y2，Y2和Y3)間距為d；

2)按照步驟a)所述方法，制作n組測試結構，每組測試結構上樣品的寬度不同，按照等差數列遞增，公差為t；

3)測出各組測試結構中三個樣品各自的整體熱阻，分別用Z₁、Z₂、Z₃表示；

4)計算材料A和材料B之間的邊界熱阻R_AB；

5)將n個R_AB按照寬度從小到大排列，制作出以寬度為橫坐標、R_AB為縱坐標的曲線圖，從而可以預測不同寬度值對應的邊界熱阻R_AB的值。

方案2：作為方案1的一種優選實現，其特征在于，所述步驟1)中的間距d＜100nm，如果間距太大則會增大由于工藝不均勻所造成的誤差。

方案3：作為方案1的一種優選實現，其特征在于，當材料A不是電隔離材料時，所述步驟1)中，在測試樣品的材料A層和頂層金屬層之間加一層電隔離層，因為在3ω方法中金屬層必須進行隔離，否則就會使電流泄露造成計算熱流的誤差。