Способ определения теплопроводности тонкихпленок
ОПИСАНИЕ
ИЗОЬРИтИНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
295037
Союз Советских
Социалистически;
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 22.Ч111.1969 (№ 1359223/18-10) с присоединением заявки ¹
Приоритет
Опубликовано 04.11.1971. Бюллстень ¹ 7
Дата опубликования описания ЗО.III.1971
МПК G Oln 25/18
Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров
СССР
УДК 536.21(088.8) Автор изобретения
1О. А. Чистяков
Заявитель у
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТОНКИХ
ПЛЕНОК
Изобретение относится к области теплофизических измерений.
Известен способ определения теплопроводности тонких пленок, по которому образец изготовляют в виде стержня, на один торец которогG наносят исследуемый тонкий слой— пленку, к поверхности стержня вдоль его длины прикрепляют термопары, по показаниям которых определяют тепловой поток через стержень при извесгной его теплопроводностп.
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 10 4 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 3 10 ив град вт при 200 С с оста вляет "- 30% .
Таким образом, недостатками указанного способа являются наличие термического сопротивления между исследуемым тонким слоем и подложкой и большая погрешность, связанная с измерением температуры наружной поверхности тонкого слоя термоэлементом. Указанные недостатки ограничивают диапазон измерения по известному способу лишь достаточно толстыми слоями с низкой теплопроводностью
10 Я, ) 10 4 .и - град/вт) .
Цель изобретения — расширение диапазона из мер ений.
Для этого используют способ определения теплопроводности тонких пленок путем воздей15 ствия на образец лучистым потоком. По этому способу образец, выполненный в виде диска, помещают в сосуд, заполненный газом с коэффициентом аккомодации, равным или близким единице, например воздухом или аргоном, с
20 давлением ниже атмосферного, направляют лучистый поток вдоль полярной осп диска, измеряют давление газа в сосуде, удельную мощность падающего на исследуемый образец излучения, величину радиометрической силы ti
25 по отношению произведения давления газа на удельную мощность лучистого потока к радиометрической силе судят о величине теплопроиодности тонких пленок.
Сущность предлагаемого способа заключает30 ся в следующем.
295037
Составитель В. С. Агапова
Текред Л. Я. Левина
Корректоры: М. Коробова и А. Абрамова
Редактор А. В. Корнеев
Заказ 729/3 Изд. М 311 Тираж 473 Подписное
ЦНИИП1 1 Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Ж-35, Раушская паб., д. 4ii5
Типография, ир. Сапунова, 2, З вакуумной ка .ере создают необходимое разрелсение, величину давления газа Р в камере измеряют компрессионным манометром.
На один из исследуемых образцов направляют лучистый поток от источника света и линзы.
Удельную мощность лучистого потока q, падающего на образец, из@теряют приемником излучения. С помощью осветителя от гальванометра и шкалы измеряют угол поворота коромысла при воздействии на образец лучистого потока и по-известной жесткости нити вычисляют силу F, действующую на образец. Радиометрическая сила Рр» — — I Гд„. Силу давления света F „вычисляют по формуле
Fg.ñD =
Ч (1+ р) при известном коэффициенте с отражения материала р. Если коэффициент отражения не известен, то создают в камере давление (10 в лл рт. сТ. и определяют силу, действующую на образец при воздействии на него того же лучистого потока. Эта сила и будет силой давления света F „, так как радиометрическая сила при таком низком давлении практически равна нулю. Определив таким образом F „, вычисляют радиометрическую силу Рп»= F — Рд,свЗная Fp», Р и q, вычисля1от теплопровод ность исследуемого образца, помещенного в сосуд с высоким вакуумом, по формуле
Х=Кд 6$
Р
8Т Fpqg
Теплопроводность для сосуда с низким вакуумом вычисляют по формуле л=2,бб P 1-
Fp,т где 1, — теплопроводность материала образца;
К вЂ” коэффициент поглощения материала образца;
q — удельная мощность лучистого потока, падающего на образец:
6и S — толщина образца и площадь его торца;
10 Р— давление газа в сосуде;
Т вЂ” температура газа в сосуде (принята равной комнатной);
Fp;,, — радиометрическая сила;
l — длина свободного пробега молекул газа в сосуде при данных температуре и давлении.
Предмет изобретения
Способ определения теплопроводности тон20 ких пленок путем воздействия на образец лучистым потоком, отлииающиася тем, что, с целью расширения диапазона измерений, исследуемый образец, выполненный в виде диска, помещают в сосуд, заполненный газом с коэф25 фициентом 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 мощ30 ность 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 теплопро35 водности тонких пленок.
