薄膜的物理性質在諸如相變材料、光盤介質、熱電材料、發(fā)光二極管（LEDs）、燃料電池、相變存儲器、平板顯示器和半導體行業(yè)等領域和應用中變得越來越重要。
所有這些行業(yè)都使用單層或多層設置，以便賦予設備特定的功能。由于薄膜的物理性質與塊狀材料有很大的不同，因此有必要使用匹配的表征設備來獲得其與厚度和溫度相關的性質。由于高縱橫比和沉積技術，會發(fā)生額外的邊界和表面散射，導致輸運性能降低。
由于測量要求可能與散裝物料的不同，因此需要使用不同的計量方法。
這種熱導率的降低通常有兩個基本原因。首先，與塊狀單晶相比，許多薄膜合成技術導致更多的雜質、無序和晶界，這些都傾向于降低熱導率。其次，由于邊界散射、聲子泄漏和相關的相互作用，即使是原子完美的薄膜也會降低熱導率。這兩種基本機制通常對面內和面間輸運的影響不同，因此薄膜的導熱性通常是各向異性的，即使對于具有各向同性熱導率的塊狀材料也是如此。
熱電材料用于熱電發(fā)電機，通過溫度梯度將熱能轉化為電能。使用熱電優(yōu)值（ZT）來表征熱電材料的性能。為了計算熱電優(yōu)值，必須知道熱導率、電導率和塞貝克系數。與相同成分的塊狀材料相比，薄膜具有較低的熱導率，而電導率和塞貝克系數受影響較小，因此 ZT 值較高。
具有不同化學組成的銻化鉍是眾所周知的半導體熱電材料。采用熱氣相沉積法制備厚度為 142 nm 的 Bi87Sb13 納米層，在 120 ~ 400 K 的溫度范圍內測量其熱導率、電導率和 Seebeck 系數。根據這些參數計算 ZT 值，室溫（20 ℃）下 ZT 的最大值為 0.16 。
熱電材料用于熱電發(fā)電機，通過溫度梯度將熱能轉化為電能。使用熱電優(yōu)值（ZT）來表征熱電材料的性能。為了計算熱電優(yōu)值，必須知道熱導率、電導率和塞貝克系數。與相應的塊狀材料相比，金屬薄膜具有較低的熱導率，而電導率和塞貝克系數受影響較小，因此 ZT 值較高。金屬薄膜在工業(yè)上具有廣泛的應用，例如用于集成電路的制造。
采用直流磁控濺射法制備了厚度為 100 nm 的金（Au）納米層，在 225 ~ 375 K 的溫度范圍內測量其熱導率、電導率和塞貝克系數，由這些參數計算得到 ZT 值。測得該薄膜的導熱性和導電性約為塊狀材料的一半。結果表明了經典尺寸效應的明顯影響，并得到了驗證，與 Wiedemann-Franz 定律完全一致。
鉆石以其優(yōu)異的導熱性能而聞名。CVD（化學氣相沉積）金剛石樣品通常達到 1000 至 2200 W/(m?K) 之間的熱導率，稀有和高純度樣品甚至高達 3320 W/(m?K) 。這種特性使金剛石成為高性能電子、激光系統(tǒng)和其他需要高效熱管理的應用的理想散熱材料。準確測量金剛石樣品的熱導率對于優(yōu)化材料質量和了解其在苛刻熱環(huán)境中的性能至關重要。
為什么鉆石具有如此高的導熱性和熱擴散率？
金剛石的導熱性源于其獨特的原子結構和性質：
1、強共價鍵：三維四面體結構中的每個碳原子都與其他四個碳原子以共價鍵結合，形成了一個剛性晶格，可以有效地傳遞熱量。
2、低原子質量：碳原子相對較輕，因此可以快速振動，這有利于通過晶格振動（也稱為聲子）快速傳遞熱量。
3、高聲子速度：由于聲子的剛性和強大的原子間作用力，聲子的速度很高，這使得熱能在晶格中傳播得更快。
4、高 Debye 溫度：即使在高溫下，金剛石的結構也能支持高頻振動，從而保持導熱性能。
5、低聲子散射：對稱的晶體結構最大限度地減少了散射，因此聲子可以長距離傳播而不會損失能量。
6、同位素純度：金剛石均勻的原子質量進一步減少了散射，從而增強了聲子的傳播。
這些因素使金剛石成為需要高導熱性材料的應用的理想選擇，例如電子設備和高功率激光系統(tǒng)的冷卻。
具有高導熱性的金剛石樣品可以使用林賽斯 TF-LFA L54 進行分析，該分析儀使用頻域熱反射技術來表征材料的熱性能，并確保在高效散熱至關重要的應用中進行質量控制。由于晶粒尺寸、純度和厚度等因素都會影響傳輸性能，因此準確的熱導率測量對于驗證金剛石樣品的質量和性能至關重要。
頻域熱反射法（FDTR）是測量 CVD 金剛石等材料熱導率的首選方法，尤其是在薄膜和微尺寸樣品中，高空間分辨率是必不可少的，林賽斯 TF-LFA L54 是實現這一目的的理想工具。
FDTR 使用調制激光在樣品中誘導局部加熱，并測量材料在不同調制頻率下的熱反射響應。這項技術允許研究人員通過模擬金剛石及其界面的熱流來確定其熱導率。
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