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随着微型机电系统及集成电路的发展,微米、纳米量级厚度的SiO2多孔膜作为绝热材料被广泛应用于微电子电路中,多孔膜绝热性能直接影响微电子仪器设备的性能及可靠性,而多孔膜的绝热性能用导热系数衡量,因此测量多孔膜的导热系数并进一步研究其影响因素,有助于器件的设计和热优化工作,为微电子电路的设计和发展提供科学依据。目前,多孔膜制备工序较复杂,而且多孔膜绝热性能的表征方法仍处于定性分析阶段,如何简便、快捷、精确且对样品无损伤地测量导热系数成为该方向研究的重要内容之一。
本论文开展的研究内容及所取得的研究结果如下:
1.选用普通的杭州大华公司YBF-2型导热系数测试仪,用稳态法测量样品的导热系数,并对其计算方法和实验装置进行了改进:对下铜板散热速率的实验测量值进行了修正,用导热系数较低的石棉板作为衬垫,填充样品与铜板间的空隙,并推导出扣除基底影响后的膜导热系数的计算公式;
2.通过溶胶-凝胶法与分子模板法结合,在酸催化条件下,以TEOS为硅源,CTAB为模板剂,通过优化多孔膜的镀膜工艺,并辅以适当的处理过程,使SiO2/PI杂化多孔膜的厚度得到了显著增加,多孔膜厚度达到60μm,研究了制备条件对多孔膜表面形貌及厚度的影响;
3.分别测量了单晶硅片为基底的SiO2/PI杂化多孔膜、未镀膜多孔硅、不同厚度的多孔硅为基底的SiO2/PI杂化多孔膜的导热系数,多孔硅与单晶硅片为基底的SiO2/PI多孔膜导热系数极低,分别达到了10-3数量级,其绝热性能达到了应用要求;与未镀膜多孔硅相比,镀了SiO2/PI杂化多孔膜后的多孔硅的导热系数更低,绝热性能更好;对比不同厚度的多孔硅的导热系数,得出多孔膜层越厚,其导热系数越低,绝热性能越好。
本实验的创新点主要体现在两个方面:对普通的导热系数测量仪器进行了改进,在其上实现了多孔膜导热系数的简单、方便、快捷的测量;推导出扣除基底后的多孔膜层导热系数计算公式,并计算得出各样品多孔膜层的导热系数。