基于3ω法的微测辐射热计像元薄膜热导率测试

热导是微测辐射热计像元的重要参数之一,其大小直接影响像元的响应高低。热导与组成像元的薄膜材料的热导率相关,薄膜的特征尺寸、温度和淀积工艺皆会影响热导率。监控工艺线上薄膜的热导率,对像元的设计具有重要意义。根据3ω谐波探测技术,搭建了薄膜热导率的测试系统,测试了厚度为20~100 nm的氮化硅(SiN x)及二氧化硅(SiO 2)薄膜的热导率,包括温度特性和尺寸特性。根据尺寸特性计算得到SiN x的本征热导率为0.747 W/(m·K),SiO 2的本征热导率为1.085 W/(m·K)。测得厚度为100 nm的钛(Ti)金属薄膜的热导率为6.708 W/(m·K)。与基于光热法的测试系统相比,基于3ω法的测试台架搭建更简单。该方法利用微机电系统(Micro-Electromechanical Systems,MEMS)制造工艺制备测试样品,是MEMS产品设计与制造中表征微纳尺度薄膜热导率的理想方案。

直流法测试薄膜热导的数值模拟研究

薄膜的热导率是薄膜热学性能的最重要参数之一,相对于多数文献的二维或三维测试结构,本文采用一维双端支撑悬臂梁结构研究了薄膜热导率的测试方法.悬臂梁包含上层的兼做加热电阻及测温电阻的金属条和下层的待测试薄膜.利用一维热传导方程推导并获得了在直流电流加热条件下,悬臂梁的温升分布(△T)及加热电阻两端电压增量(△U)表达式与薄膜热导率之间的关系.采用ANSYS有限元软件仿真了不同仿真参数时的△T及△U,仿真结果与温升表达式计算结果符合得很好.与常用的3倍频率法(3w)薄膜热学性能测试方法相比,一维悬臂梁直流法测试结构及手段较为简单且可以获得更为精确的结果.

Numerical Study of Heat Transfer Enhancement by Liquid Film on the Walls

The mechanism of heat transfer enhancement by liquid film on the channel walls has been investigated in laminar mixed convective flows. The temperature distribution, velocity and mass fraction distributions, and the effects of the wetted wall temperatures and the Reynolds number on the momentum,heat and mass transfer were examined in details. Results show that the liquid film can enhance heat transfer along the wetted walls by 5-10 times.