[發明專利]一種圓形截面一維納米結構間接觸熱阻的測試方法

有效

• 申請號: 201910213215.4
• 申請日: 2019-03-20
• 公開（公告）號: CN110031504B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 楊決寬
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 殷星

本發明公開了一種圓形截面一維納米結構間接觸熱阻的測試方法，在光學顯微鏡或掃描電鏡下，使用微操縱儀將一根圓形截面一維納米結構掰成2段，分別搭接在懸空微器件的熱源、熱沉上，并使這兩段樣品在熱源、熱沉之間形成平行接觸，采用熱橋法對該試樣進行測試，得到表觀熱阻R_tot1；在光學顯微鏡或掃描電鏡下，使用微操縱儀將這兩段樣品由平行接觸變為交叉接觸，采用熱橋法對該試樣進行測試，得到表觀熱阻R_tot2；兩段樣品間單位面積的接觸熱阻可以近似為R_CA＝(R_tot2?R_tot1)×A_c2，其中A_c2為兩段樣品之間交叉接觸的接觸面積。本發明提高了測試成功率，降低了對樣品質量一致性要求，提高了測試精度。

技術領域

本發明屬于固體材料熱物性參數測試技術領域，具體涉及一種圓形截面一維納米結構間接觸熱阻的測試方法。

背景技術

一維納米結構間的接觸熱阻對于微電子器件設計、熱界面材料設計等具有重要的價值。已報道的測量一維納米結構間接觸熱阻的測試方案可分為兩類：一類可稱作多點法，一類可稱作單點法。

在多點法中，將納米結構堆壓成薄膜，這樣在薄膜中就存在大量的納米結構間的接觸點，通過測試薄膜樣品的熱物性即可反推出納米結構間的接觸熱阻，如文獻PhysicalReview Letters 102,105901(2009)。然而，在多點法中需要知道薄膜樣品中納米結構間接觸點的密度，而接觸點密度又無法準確測出，造成多點法的測量誤差非常大，甚至有量級上的偏差。

在單點法中，將兩根納米結構搭接在一起，形成一個單一的接觸點，直接或間接測出它們之間的接觸熱阻。由于不需要估計接觸點的密度，單點法的測試精度顯著高于多點法。

申請號為CN201210426861.7的專利中公開了一種一維材料接觸熱阻的測量方法，該方法基于拉曼光譜的特征峰頻移確定界面兩邊的溫度，進而確定界面上的溫差，得到一維材料的接觸熱阻。該方法采用了拉曼技術這一非接觸式溫度測試手段，簡化了樣品制備工序。但該方法只能用于具有顯著拉曼光譜溫度頻移特性的材料中，且對于一維納米結構而言，由于光斑直徑遠大于樣品的特征尺寸，導致測量信號弱，測量誤差大。

申請號為CN201720450926.X的專利中公開了一種納米材料的熱電性能測量系統，該系統基于T型法技術，不僅能夠測量一維納米結構的電導率、熱導率、塞貝克系數等，還能測量樣品同熱線之間的接觸熱阻。由于在該系統中，熱線作為電加熱源，需要具有良好的導電性能，因而不能用于測試兩種電絕緣的一維納米結構間的接觸熱阻。

基于懸空微器件的熱橋法是一種穩態測試技術，廣泛用于一維納米結構電導率、熱導率和塞貝克系數的測試。發明人采用熱橋法實現了碳納米管之間接觸熱阻的測量(Physical Review Letters 112,205901(2014))。在該方案中，首先測量由兩根納米結構接觸試樣的總熱阻，然后再分別測量這兩根納米結構的熱阻及其同熱源、熱沉間的接觸熱阻，從而計算出這兩根納米結構間的接觸熱阻。該測試方案的優點是對被測材料的導電等性能沒有任何要求。其缺點是：1)測試成功率較低。在該測試方案中，需要對納米結構進行大范圍的移動，容易損壞或丟失樣品，降低測試成功率；2)對樣品質量一致性要求高。樣品在長度方向導熱系數的波動將累積到接觸熱阻的測試誤差中。

發明內容

測試成功率低、對樣品質量一致性要求高是基于熱橋法的一維納米結構間接觸熱阻測試中存在的問題，本發明針對圓形截面一維納米結構，提出了一種圓形截面一維納米結構間接觸熱阻的測試方法，該方法降低了樣品的操縱幅度，提高了測試成功率，降低了對樣品質量一致性要求，提高了測試精度。

為解決現有技術問題，本發明采取的技術方案為：

一種圓形截面一維納米結構間接觸熱阻的測試方法，包括以下步驟：