СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТОНКИХПЛЕНОК Советский патент 1971 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области теплофизических измерений.

Известен способ определения теплопроводности тонких пленок, по которому образец изготовляют в виде стержня, на один торец которого наносят исследуемый тонкий слой - пленку, к поверхности стержня вдоль его длины прикрепляют термопары, по показаниям которых определяют тепловой поток через стержень при известной его теплопроводности. Экстраполируя показания термопар, находят температуру границы раздела; пленка - подложка. Температуру наружной поверхности пленки измеряют чувствительным термоэлементом, который специальным образом калибруют. Этот способ дает возможность измерять теплопроводность любых материалов - металлов, полупроводников и диэлектриков при температуре 200°С. Минимальное термическое сопротивление слоя равно Ю м град/вт. Однако погрешность измерения в этом случае только за счет термического сопротивления границы раздела: пленка-подложка превышает 100%. Значительна также погрешность, связанная с измерением температуры наружной поверхности тонкого слоя термоэлементом. Эта погрешность для слоя с термическим сопротивлением м град/вт при 200°С составляет 30%.

Таким образом, недостатками указанного способа являются наличие термического сопротивления между исследуемым тонким слоем и подложкой и большая погрешность, связанная

с измерением температуры наружной поверхностп тонкого слоя термоэлементом. Указанные недостатки ограничивают диапазон измерения по известному способу лишь достаточно толстыми слоями с низкой теплопроводностью

( м-г град/вт).

Цель изобретения - расширение диапазона измерений.

Для этого используют способ определения теплопроводности тонких пленок путем воздействия на образец лучистым потоком. По этому способу образец, выполненный в виде диска, помешают в сосуд, заполненный газом с коэффициентом аккомодации, равным или близким единице, например воздухом или аргоном, с

давлением ниже атмосферного, направляют лучистый поток вдоль полярной оси диска, измеряют давление газа в сосуде, удельную мошность падаюшего на исследуемый образец излучения, величину радиометрической силы и

по отношению произведения давления газа на удельную мощность лучистого потока к радиометрической силе судят о величине теплопроводностп тонких пленок. Сущность предлагаемого способа заключает

5 вакуумной кг:.ере создают необходимое разрежение, величину давления газа Р в камере измеряют комирессионным манометром. На один из иеследуемых образцов нанравляют лучистый ноток от источника света и линзы. Удельную мощность лулистого иотока q, иадаюш,его на образец, ,ряют ириемником излучеиия. С номощью осветителя от гальванометра и шкалы измеряют угол иоворота коромысла при воздействии на образец лучистого иотока и ио-йз-вестной жесткости ннти вычисляют силу F, действующую на образец. Радиометрическая сила -Ррад -- д.св. Силу давления света вычисляют по формуле

fjg;j -i -L-t-PLnpti известном коэффициенте с

отражения материала р. Если коэффициент отражения не известен, то создают в камере давление мм рт. ст. и определяют силу, действующую на образец при воздействии на него того же лучистого иотока. Эта сила и будет силой давления света FR.CE, так как радиометрическая сила при таком низком давлении практически равна нулю. Определив таким образом .св, вычисляют радиометрическую силу Fpa:. F - -Рд.св.

Зная рад; -Р и , вычисляют теплопроводность исследуемого образца, помещеииого в сосуд с высоким вакуумом, по формуле

Х /(-9-б-58T-F,

рад

Теплопроводность для сосуда с низким вакуумом вычисляют по формуле

д-1

.66 -Р./2.

рзп.

где Л - теилопроводность материала образца; /(- коэффициент поглощения материала

образца; q - удельная мощность лучистого потока,

падающего на образец;

би5-толщина образца и площадь его торца;

Р - давление газа в сосуде; Т - температура газа в сосуде (принята

равной комнатной); рад - радиометрическая сила;

/ - длина свободного пробега молекул газа в сосуде ири данных температуре и давлении.

Предмет изобретения

Способ определения теплопроводности тонких пленок путем воздействия на образец лучистым потоком, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, исследуемый образец, выполненный в виде диска, помещают в сосуд, заполненный газом с коэффициентом аккомодации, равным или близким единице, например воздухом или аргоном, с давлением ниже атмосферного, направляют лучистый поток вдоль полярной оси диска, измеряют давление газа в сосуде, удельную мощность падающего на исследуемый образец излучения, величину радиометрической силы и по отношению произведения давления газа на удельную мощность лучистого потока к радиометрической силе судят о величине теплопроводности тонких пленок.