[發明專利]一種連續碳化硅薄膜熱導率的測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201810673293.8
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN108802098B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 姚榮遷;鄭藝濃;褚福臨;廖亮;黃祖晴;陳增;鐘磊;韓宇宸
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/18
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種連續碳化硅薄膜熱導率的測量裝置及其測量方法，涉及碳化硅薄膜熱導率的測量。測量裝置設有熱源裝置、電子式萬能拉力試驗機、溫度測量裝置和計算機。所述熱源裝置由信號源和高熱導螺旋電阻絲組成。所述電子式萬能拉力試驗機帶有樣品夾持裝置并可通過計算機的程序控制樣品夾持裝置的移動距離。所述溫度測量裝置設有非接觸式紅外測溫儀探頭和鎖相放大器。所述計算機可控制電子式萬能拉力試驗機夾具的移動距離并能夠處理鎖相放大器采集到的信號，進行相應的數據分析。所述測量方法利用能夠探測樣品上各點熱量信號與熱源信號的相位差值，通過圖像擬合和公式推導可計算得出薄膜材料熱導率。

技術領域

本發明涉及碳化硅薄膜熱導率的測量，尤其是涉及一種連續碳化硅薄膜熱導率的測量裝置及其測量方法。

背景技術

碳化硅薄膜作為重要的第三代寬帶隙半導體薄膜材料，由于具有高導熱率、高擊穿電場、高載流子漂移速度、低熱膨脹系數，且耐腐蝕、耐磨損、機械強度高、化學穩定性好，適用于在復雜環境下工作的光電子器件、集成電路等領域，受到了廣泛的關注。近年來，碳化硅薄膜在大功率器件的散熱基板方面的應用日益受到重視，熱導率成為衡量其性能的重要參數之一。因此，準確、便捷地測定碳化硅薄膜的熱導率尤為重要。

根據申請人在專利CN 101219788 A中公開的碳化硅薄膜成型裝置與碳化硅薄膜制備方法以及在專利CN 105135876 A中公開的自支撐陶瓷薄膜的連續化生產燒結裝置，可制得表面平整、均勻致密的自支撐碳化硅陶瓷薄膜，通過絲網印刷制作導電層后可得到連續碳化硅薄膜基板。該碳化硅薄膜長逾百米，但厚度和寬度尺寸較小，最大厚度0.5mm，最大寬度5mm，遠小于其長度，采用傳統的交流量熱法、3ω方法、微橋法等方法測定其熱導率時存在破壞材料表面、測量結果不準確等問題。

目前已有其它適合測量薄膜材料熱導率的方法。專利CN 107478582 A公開了一種準確薄膜熱導率的測量方法，利用激光加熱，通過對材料表面溫度變化關系的擬合得到其熱導率，避免了測量裝置與材料的接觸。但該方法在測量前需在待測薄膜表面濺射或蒸鍍一層金屬薄膜，且測量裝置涉及兩種激光方向位置調節，反射光路較為復雜，操作繁瑣。專利CN 107102026A公開了一種基于微納熒光顆粒的薄膜熱導率測量方法，引入微納熒光顆粒作為傳感器，解決了傳統測量方法破壞材料表面的問題。但該方法對采用的微納熒光顆粒及實驗設備要求較高，并且需通過光致發光光譜確定溫度系數、關系斜率等，不易推廣。

發明內容

本發明的目的在于針對現有熱導率測量方法的局限性，提供可滿足準確、簡便、無損傷地測定連續碳化硅薄膜熱導率要求的一種連續碳化硅薄膜熱導率的測量裝置及其測量方法。

所述連續碳化硅薄膜熱導率的測量裝置設有熱源裝置、電子式萬能拉力試驗機、溫度測量裝置和計算機。

所述熱源裝置由信號源和高熱導螺旋電阻絲組成，所述信號源與高熱導螺旋電阻絲相連，所述高熱導螺旋電阻絲與連續碳化硅薄膜樣品直接接觸，信號源發出的正弦波交流電信號經高熱導螺旋電阻絲對連續碳化硅薄膜樣品進行加熱，并使熱量在薄膜的二維(上下)方向上傳導。

所述電子式萬能拉力試驗機帶有樣品夾持裝置(夾具)并可通過計算機的程序控制樣品夾持裝置的移動距離。

所述溫度測量裝置設有非接觸式紅外測溫儀探頭和鎖相放大器；所述非接觸式紅外測溫儀探頭固定于電子式萬能拉力試驗機夾具上并隨夾具移動逐點測量樣品溫度信號；所述鎖相放大器用于采集雙通道高信噪比的周期波形信號并能夠對周期波形信號進行處理后輸出。

所述計算機可控制電子式萬能拉力試驗機夾具的移動距離并能夠處理鎖相放大器采集到的信號，進行相應的數據分析。

所述熱源裝置為能夠以一定頻率波動的熱源裝置。

所述信號源產生角頻率范圍可為10～30Hz的正弦波交流電信號。