[发明专利]一种基于MEMS工艺薄膜应变热导率测试装置及方法

权利要求书

1.一种基于MEMS工艺薄膜应变热导率测试方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)在测试区均匀的沉积一层待测薄膜；

2)在待测薄膜表面溅射测试电极，同时采用MEMS工艺将两根几何尺度为微米级的金属条制作在待测薄膜表面；两条金属带平行排列，与应变方向平行；

3)将测试片与压电测试装置相连，测试片上的待测薄膜的测试电极与检测系统和计算机相连，并将包括压电测试装置和测试片放置在屏蔽罩内，并加盖盖板进行密封，通过通风孔和加热台和温度传感器控制测试环境的真空度和温度；

压电测试装置包括依次连接的金属连接块、压电驱动部件和连接片；

4)通过压电驱动部件施加位移带动连接片，将位移施加到测试片，经过移动端的连接片传导到测试片上，使得镀有薄膜的测试片上的待测薄膜产生应变；

5)通过控制进给位移来控制待测薄膜应变大小，向测试电极通入交流电流，通过计算机读取的3ω谐波的成分U_3ω的大小，通过公式计算得到待测薄膜的热导率κ，即完成薄膜应变与热导率的测量；

所述步骤4)，连接片位移与测试片的测试区设计大小的比值即为待测薄膜的应变；

所述待测薄膜的热导率κ与谐波的成分U_3ω通过下式得到：

式中，κ为热导率，P分别为金属条加热膜单位加热功率，S为待测薄膜截面积，ΔT为温度变化值，U_3ω为含有3ω谐波的电压值，t为待测薄膜的厚度，R_Heater为加热电阻，I为加热电流的幅值，β为加热带的温度系数。

2.一种权利要求1所述方法采用的基于MEMS工艺薄膜应变热导率测试装置，其特征在于，包括一个外屏蔽罩(2)，在外屏蔽罩(2)下方设有加热台(3)，在外屏蔽罩(2)内设有载物台(4)，在载物台(4)上设有压电测试装置(5)，在压电测试装置(5)上放置有测试片(1)；在外屏蔽罩(2)内壁设有温度传感器(7)和通气孔(6)；

所述压电测试装置(5)包括依次连接的金属连接块(51)、压电驱动部件(53)和连接片(52)；制备有待测薄膜的测试片(1)连接在金属连接块(51)和连接片(52)上，待测薄膜上的测试电极与检测系统和计算机相连；

通过压电驱动部件(53)施加位移带动连接片(52)，将位移施加到测试片(1)，使得镀有薄膜的测试片上的待测薄膜产生应变，通过控制进给位移来控制待测薄膜应变大小，向测试电极通入交流电流，读取从测试电极采集的3ω谐波的大小并计算得到待测薄膜的热导率。

3.如权利要求2所述的一种基于MEMS工艺薄膜应变热导率测试装置，其特征在于，所述外屏蔽罩(2)为带有通气孔的四方体，外屏蔽罩(2)上方加有盖板(8)。

4.如权利要求2所述的一种基于MEMS工艺薄膜应变热导率测试装置，其特征在于，所述测试片(1)包括与连接块(51)相接的连接块卡槽(16)、与连接片(52)相接的连接片卡槽(13)，测试片(1)中部设有一对主梁(14)连接的测试区(15)，一对主梁(14)上下分别刻蚀有上下对称分布的引导梁(12)，一对主梁(14)上的左右引导梁(12)之间通过U型弹簧(11)连接。

5.如权利要求4所述的一种基于MEMS工艺薄膜应变热导率测试装置，其特征在于，所述测试区(15)的厚度小于主梁(14)的厚度，测试区厚度为100μm-300μm。

6.如权利要求4所述的一种基于MEMS工艺薄膜应变热导率测试装置，其特征在于，在测试片(1)表面的测试区(15)上制备有待测薄膜，待测薄膜表面按照3ω测薄膜导热率方法溅射8个焊盘，采用MEMS工艺将两根几何尺度为微米级的金属条制作在待测薄膜表面，四个焊盘连接一个金属条。

7.如权利要求6所述的一种基于MEMS工艺薄膜应变热导率测试装置，其特征在于，所述焊盘包括两个电流焊盘和两个电压焊盘作为测试电极，以电流正、电压正、电压负和电流正端子按照顺序依次以π形分布在金属条端部。