[實用新型]一種測量薄膜導熱系數的裝置

有效

• 申請號: 201720606914.1
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN207020108U
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 趙永建;方曉華;張向平
• 申請（專利權）人: 金華職業技術學院
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01J5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種測量薄膜導熱系數的裝置，主要包括襯底(1)、待測薄膜(2)、位移臺(3)、光電二極管(4)、可見光源(5)、紅外攝像機(6)、透孔(7)、計算機，所述襯底(1)位于樣品架上，樣品架能夠根據實驗需要移除，所述襯底(1)由銅制成，所述待測薄膜(2)位于所述襯底(1)上面，所述光電二極管連接所述位移臺下側，所述位移臺(3)能夠在距離所述待測薄膜(2)上方某一高度的平面內運動，所述可見光源(5)位于所述襯底(1)下方，所述紅外攝像機(6)固定于所述襯底(1)正上方且高于所述位移臺(3)，所述可見光源(5)從所述襯底(1)下方向上照射，所述待測薄膜(2)和所述襯底(1)吸收光的能量后產生熱流，通過對薄膜溫度增量、光照能量密度、薄膜的光吸收率、薄膜厚度參數的計算能夠得到薄膜的導熱系數；當所述襯底(1)上的所述透孔為半徑R的圓形，所述待測薄膜(2)厚度很小，以致于能夠使得所述透孔(7)上方部分的所述待測薄膜(2)對光吸收是均勻的，在柱坐標系中簡化為一維問題，有其中q_r是熱流矢量的徑向分量，k_||是所述待測薄膜(2)的面內導熱系數，T(r)是溫度分布，在穩態條件下，所述透孔的圓形區域吸收的光功率等于透孔邊緣圓周處的光功率流，從而得到r²π·p_abs＝2rπ·d·q_r(r)，其中d是所述待測薄膜(2)厚度，p_abs是所述待測薄膜(2)的區域吸收功率密度，再應用r＝R處的邊界條件T(r＝R)＝T_s得到所述待測薄膜(2)的溫度分布其中r是柱坐標系中的徑向變量，T_s是襯底溫度，所述待測薄膜(2)的面內導熱系數k_||能夠直接由近鄰孔中心的溫度分布曲率、吸收功率密度p_abs和所述待測薄膜(2)厚度d決定，溫度分布曲率能夠通過測量局域溫度差異來得到，能夠實現對絕對溫度的測量精度的要求減小，

其特征是：所述襯底(1)具有貫穿上下表面的形狀一致的若干透孔(7)，所述透孔(7)上方的所述待測薄膜(2)部分的熱分布取決于所述透孔(7)的形狀，所述襯底(1)能夠作為導熱通道，其具有較大的導熱系數以快速將多余熱量傳輸走，使得所述待測薄膜(2)產生溫度梯度，所述襯底(1)又能夠作為光掩膜，其反射了大部分入射光，因此即使在可見光源(5)的最高光強照射下，所述襯底(1)溫度的上升在1K之內。

2.根據權利要求1所述的一種測量薄膜導熱系數的裝置，其特征是：所述襯底(1)厚度典型值0.5毫米，當所述襯底(1)上的所述透孔(7)為半徑R的圓形，所述透孔(7)直徑范圍0.2至1毫米。

3.根據權利要求1所述的一種測量薄膜導熱系數的裝置，其特征是：所述待測薄膜(2)的大小范圍10×10平方毫米至10×10平方微米。

4.根據權利要求1所述的一種測量薄膜導熱系數的裝置，其特征是：所述光電二極管(4)直徑典型值80微米。