[发明专利]微纳米尺度圆形边界界面热阻的测量方法

权利要求书

1.一种微纳米尺度圆形边界界面热阻的测量方法，包括如下步骤：

1)根据待测圆形边界的内外侧材料和边界大小，在同一个衬底上制备下述辅助测量器件A和B：器件A包括衬底、传导层、隔离层、圆柱内芯和第一圆环，所述传导层和隔离层依次叠加在衬底之上，圆柱内芯穿过隔离层、底部与传导层接触，第一圆环位于隔离层之上、包裹于圆柱内芯外；器件B在器件A结构的基础上增加了位于隔离层之上、包裹于第一圆环外的第二圆环；其中，第一圆环与第二圆环的材料分别与待测圆形边界的内外侧材料相同，所形成的圆形边界大小也与待测圆形边界相同；器件A中第一圆环的高度和器件B中第一圆环与第二圆环界面的高度一致；传导层和圆柱内芯为热导性好的材料，而隔离层为热导性差的材料；

2)同时对器件A和器件B的圆柱内芯通电，使其发热，保持圆柱内芯的温度T₁不变且纵向温度分布均匀，然后测量器件A中圆柱内芯上下两端的电压V₁和第一圆环外侧的表面温度T₂，以及器件B中圆柱内芯上下两端的电压V₂和第二圆环外侧的表面温度T₃，则待测圆形边界的界面热阻为：

R＝(T₁-T₃)/Q₂-(T₁-T₂)/Q₁-R₂                  公式I

公式I中，Q₂＝V₂²/r_M，Q₁＝V₁²/r_M，R₂＝1/(2πλ₂L)×ln(d₂/d₁)，其中r_M代表圆柱内芯的电阻，λ₂是第二圆环材料的热导率，L是第二圆环的高度，d₂是第二圆环的外侧半径，d₁是第二圆环的内侧半径。

2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述圆柱内芯和传导层的材料是相同或不同的金属材料。

3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述隔离层的材料是SiO₂或SiN。

4.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述圆柱内芯的半径为2nm-1μm。

5.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述第一圆环的厚度小于100nm。

6.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述第二圆环的厚度为20nm-1μm。

7.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述第一圆环的高度为10nm-1μm。

8.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述圆柱内芯上表面不低于第一圆环和第二圆环的上表面，通过圆柱内芯上端的金属布线与外部电路相连，圆柱内芯上下端分别通过金属布线和传导层加电压。

9.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，器件A和B的制备包括下述步骤：

1a)在衬底上依次生长传导层和隔离层；

1b)在隔离层上生长第一圆环材料，并通过光刻和刻蚀形成第一圆环外径大小的两个圆柱A和B；然后覆盖圆柱B生长第二圆环材料层；

1c)通过光刻定义并刻蚀圆柱A和隔离层，直至传导层，形成圆柱内芯通孔A；通过光刻定义并刻蚀第二圆环材料层、圆柱B和隔离层，直至传导层，形成圆柱内芯通孔B；

1d)用热导性好的材料填充通孔A和B，形成与传导层直接接触的圆柱内芯，分别得到器件A和器件B。

10.如权利要求1～9任一所述的测量方法，其特征在于，所述第一圆环材料是单晶硅，第二圆环材料是二氧化硅，测得单晶硅和二氧化硅的圆形边界界面热阻。