薄膜技術(shù)領(lǐng)域的熱分析應(yīng)用
薄膜的物理性質(zhì)諸如相變材料、光盤介質(zhì)、熱電材料、發(fā)光二極管(LED)、燃料電池、相變存儲器、平板顯示器以及半導(dǎo)體工業(yè)中的應(yīng)用越來越重要。
所有這些行業(yè)都使用單層或多層設(shè)置,以賦予設(shè)備特定的功能。由于薄膜的物理性質(zhì)與塊體材料有很大的不同,因此必須過匹配的表征裝置獲得其厚度和溫度相關(guān)的特性。由于高長寬比和沉積技術(shù),會產(chǎn)生額外的邊界和表面散射,導(dǎo)致傳輸性能下降。
由于測量要求可能不同于散裝材料,因此需要使用不同的計量方法。
薄膜材料的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率通常比其大塊材料狀態(tài)時要小,有時可能大得多。例如,在室溫下,20nm Si薄膜或納米線的導(dǎo)熱系數(shù)可以比其大塊單晶的導(dǎo)熱系數(shù)小5倍。對于100 nm的Au,可以看出,輸運(yùn)特性幾乎減半。一般說來,輸運(yùn)特性不僅與溫度有關(guān),而且與厚度密切相關(guān)。
這種熱導(dǎo)率降低通常有兩個基本原因。首先,與塊狀單晶相比,許多薄膜合成技術(shù)會導(dǎo)致更多的雜質(zhì)、無序和晶界,所有這些都會降低熱導(dǎo)率。第二,由于邊界散射、聲子泄漏和相關(guān)的相互作用,即使是原子上完美的薄膜也會降低熱導(dǎo)率。這兩種基本機(jī)制通常對面內(nèi)和跨面輸運(yùn)的影響不同,因此,即使對塊體形式具有各向同性導(dǎo)熱系數(shù)的材料,薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)通常是各向異性的。