微納器件中近場熱輻射現(xiàn)象及其測試技術(shù)研究.pdf

1、近場熱輻射是當(dāng)前國內(nèi)外的一個研究熱點(diǎn)。研究微納器件中的近場熱輻射對提高器件的絕熱性能和開發(fā)新型器件都有重要的意義。本文開展了對微納器件中近場熱輻射現(xiàn)象及其測試技術(shù)的研究，并通過研制微納米間隙分隔的、自對準(zhǔn)的雙層懸空微熱板新型器件（簡稱雙微熱板器件），實現(xiàn)了平行二氧化硅(SiO2)平板間近場輻射傳熱的實驗測量。本文內(nèi)容涵蓋了對微納器件中近場熱輻射的理論研究，雙微熱板器件的設(shè)計和制作、雙微熱板器件的特性參數(shù)測試及其近場輻射傳熱的實驗測量。主

2、要研究內(nèi)容包括：
　?、胚M(jìn)行了微納器件中近場熱輻射的理論研究，并建立了實驗?zāi)Ｐ?。利用漲落耗散原理描述物質(zhì)內(nèi)部的漲落電流，利用格林函數(shù)法求解頻域麥克斯韋方程，得到漲落電流輻射的電磁場，通過計算電磁場坡印廷矢量的系綜平均值，給出了平行平板間輻射傳熱的計算方法。在此基礎(chǔ)上，建立了平行SiO2平板間近場輻射傳熱的實驗?zāi)Ｐ?，獲得了SiO2平板間距在1μm或更小時其間近場輻射傳熱顯著增強(qiáng)的仿真結(jié)果。因此，選擇平板間距分別為550 nm和1μm

3、兩種情況進(jìn)行實驗測量。這一研究工作為雙微熱板間距的設(shè)計提供理論依據(jù)，所得研究數(shù)據(jù)可供微納器件設(shè)計人員參考。
　?、蒲芯苛穗p微熱板器件的設(shè)計及加工技術(shù)?；诒砻嫖⒓庸ぜ夹g(shù)設(shè)計雙微熱板器件的加工流程，利用獨(dú)特的雙層犧牲層技術(shù)，通過研制自對準(zhǔn)的雙層懸空薄膜結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)雙微熱板器件的制作?；谏先A0.5μm CMOS數(shù)?；旌霞呻娐饭に囋O(shè)計加工了兩層微熱板間距為550 nm的雙微熱板器件;基于定制的MEMS工藝設(shè)計加工了兩層微熱板間距為1μ

4、m的雙微熱板器件。在上述工作中，通過探索合理的工藝流程，研究并解決了在器件加工過程中的腐蝕窗刻蝕、犧牲層腐蝕、犧牲層腐蝕完成的輔助判斷和結(jié)構(gòu)層薄膜殘余應(yīng)力控制等若干關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了雙微熱板器件的加工，提高了加工成品率。
　?、墙M建了雙微熱板器件性能參數(shù)測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)由真空系統(tǒng)和計算機(jī)采集控制器部分組成。在真空(10-7 mbar)、環(huán)境溫度293K的條件下，對器件中每層微熱板的最大加熱電流和熱延遲時間，以及兩層微熱板之間的絕熱性

5、進(jìn)行了測試，得出雙微熱板器件的特性參數(shù)。
　　⑷完成了雙微熱板間近場熱輻射的測試。測試中，采用恒電流方式加熱下層微熱板作為熱輻射的發(fā)射器，上層微熱板作為吸收器，通過測定吸收器的溫升與其吸收熱功率的關(guān)系，以及比較有無上層吸收器時，下層發(fā)射器達(dá)到相同溫度的加熱功耗差值，實現(xiàn)對兩層微熱板間近場輻射傳熱的測量。對于間距分別為550 nm和1μm兩種樣品，所測近場輻射熱導(dǎo)與文獻(xiàn)中的近場輻射熱導(dǎo)數(shù)值相近。表明本文提出的測試技術(shù)能實現(xiàn)對微納器件