基于飛秒激光瞬態(tài)熱反射技術(shù)的界面熱導(dǎo)研究.pdf

1、隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，材料的熱學(xué)特性研究是大規(guī)模集成電路的重點(diǎn)研究課題，提高不同材料之間的熱傳導(dǎo)、減小界面熱阻或采用較高熱導(dǎo)率的材料成為傳熱物理學(xué)、材料科學(xué)以及半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)的主要研究方向。由于此項(xiàng)研究同時(shí)涉及到時(shí)間和空間微尺度物理效應(yīng)，并且這些研究都屬于當(dāng)前物理傳熱領(lǐng)域以及材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，因此，對(duì)界面熱傳導(dǎo)的研究在實(shí)驗(yàn)上以及理論上都具有重大意義。
　　論文基于飛秒激光瞬態(tài)熱反射技術(shù)原理，搭建了飛秒激光試驗(yàn)臺(tái)，又稱(chēng)為抽運(yùn)一探

2、測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括飛秒激光系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，飛秒激光系統(tǒng)由氨離子激光器、鈦藍(lán)寶石介質(zhì)以及溫度控制器組成，氬離子激光器是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的光源，通過(guò)調(diào)節(jié)鈦藍(lán)寶石介質(zhì)，可以得到實(shí)驗(yàn)所需要的特定頻率的激光脈沖;光學(xué)系統(tǒng)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)較為核心的部分，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)難度較高的部分，該設(shè)計(jì)包括光束分離、光束平行調(diào)節(jié)、光程差控制、光束漂移、光束共焦以及光束降噪，光學(xué)系統(tǒng)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)將激光脈沖分離，分別產(chǎn)生

3、抽運(yùn)光束與探測(cè)光束，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)抽運(yùn)光的頻率調(diào)制，并且完成抽運(yùn)探測(cè)光程差的控制，最終實(shí)現(xiàn)光束的完美共焦;信號(hào)采集系統(tǒng)由光電探測(cè)器以及鎖相放大器組成，光電探測(cè)器負(fù)責(zé)將收集到的光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再通過(guò)鎖相放大器的信號(hào)放大和提取，便可以得到實(shí)驗(yàn)所需要的低頻信號(hào)。控制系統(tǒng)則由電腦控制完成，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)光程差延遲系統(tǒng)的自動(dòng)控制以及信號(hào)數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集。
　　基于所搭建的實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了測(cè)定，校核了該試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試精度，在此基礎(chǔ)上，對(duì)

4、界面熱導(dǎo)進(jìn)行了測(cè)量。在微觀(guān)尺度范圍內(nèi)，界面對(duì)于熱傳導(dǎo)的影響占主導(dǎo)地位，造成影響的因素可能有接觸表面粗糙度、材料自身特性、環(huán)境溫度以及外界壓力等等，為了研究界面化學(xué)特性對(duì)界面熱傳導(dǎo)的影響，本實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備了兩種材料，其中一塊樣品為石墨與金屬鋁膜直接接觸界面，第二個(gè)為石墨表面經(jīng)氧等離子體處理后與鋁膜接觸界面，測(cè)量結(jié)果表明，第二塊樣品界面熱導(dǎo)值提高了30％。經(jīng)分析認(rèn)為，這是由于石墨表面經(jīng)氧離子照射之后，氧離子與石墨表面形成C-O不穩(wěn)定共價(jià)鍵，濺射金