[发明专利]一种圆形截面一维纳米结构间接触热阻的测试方法

说明书

本发明公开了一种圆形截面一维纳米结构间接触热阻的测试方法，在光学显微镜或扫描电镜下，使用微操纵仪将一根圆形截面一维纳米结构掰成2段，分别搭接在悬空微器件的热源、热沉上，并使这两段样品在热源、热沉之间形成平行接触，采用热桥法对该试样进行测试，得到表观热阻R_tot1；在光学显微镜或扫描电镜下，使用微操纵仪将这两段样品由平行接触变为交叉接触，采用热桥法对该试样进行测试，得到表观热阻R_tot2；两段样品间单位面积的接触热阻可以近似为R_CA＝(R_tot2‑R_tot1)×A_c2，其中A_c2为两段样品之间交叉接触的接触面积。本发明提高了测试成功率，降低了对样品质量一致性要求，提高了测试精度。

技术领域

本发明属于固体材料热物性参数测试技术领域，具体涉及一种圆形截面一维纳米结构间接触热阻的测试方法。

背景技术

一维纳米结构间的接触热阻对于微电子器件设计、热界面材料设计等具有重要的价值。已报道的测量一维纳米结构间接触热阻的测试方案可分为两类：一类可称作多点法，一类可称作单点法。

在多点法中，将纳米结构堆压成薄膜，这样在薄膜中就存在大量的纳米结构间的接触点，通过测试薄膜样品的热物性即可反推出纳米结构间的接触热阻，如文献PhysicalReview Letters 102,105901(2009)。然而，在多点法中需要知道薄膜样品中纳米结构间接触点的密度，而接触点密度又无法准确测出，造成多点法的测量误差非常大，甚至有量级上的偏差。

在单点法中，将两根纳米结构搭接在一起，形成一个单一的接触点，直接或间接测出它们之间的接触热阻。由于不需要估计接触点的密度，单点法的测试精度显著高于多点法。

申请号为CN201210426861.7的专利中公开了一种一维材料接触热阻的测量方法，该方法基于拉曼光谱的特征峰频移确定界面两边的温度，进而确定界面上的温差，得到一维材料的接触热阻。该方法采用了拉曼技术这一非接触式温度测试手段，简化了样品制备工序。但该方法只能用于具有显著拉曼光谱温度频移特性的材料中，且对于一维纳米结构而言，由于光斑直径远大于样品的特征尺寸，导致测量信号弱，测量误差大。

申请号为CN201720450926.X的专利中公开了一种纳米材料的热电性能测量系统，该系统基于T型法技术，不仅能够测量一维纳米结构的电导率、热导率、塞贝克系数等，还能测量样品同热线之间的接触热阻。由于在该系统中，热线作为电加热源，需要具有良好的导电性能，因而不能用于测试两种电绝缘的一维纳米结构间的接触热阻。

基于悬空微器件的热桥法是一种稳态测试技术，广泛用于一维纳米结构电导率、热导率和塞贝克系数的测试。发明人采用热桥法实现了碳纳米管之间接触热阻的测量(Physical Review Letters 112,205901(2014))。在该方案中，首先测量由两根纳米结构接触试样的总热阻，然后再分别测量这两根纳米结构的热阻及其同热源、热沉间的接触热阻，从而计算出这两根纳米结构间的接触热阻。该测试方案的优点是对被测材料的导电等性能没有任何要求。其缺点是：1)测试成功率较低。在该测试方案中，需要对纳米结构进行大范围的移动，容易损坏或丢失样品，降低测试成功率；2)对样品质量一致性要求高。样品在长度方向导热系数的波动将累积到接触热阻的测试误差中。

发明内容

测试成功率低、对样品质量一致性要求高是基于热桥法的一维纳米结构间接触热阻测试中存在的问题，本发明针对圆形截面一维纳米结构，提出了一种圆形截面一维纳米结构间接触热阻的测试方法，该方法降低了样品的操纵幅度，提高了测试成功率，降低了对样品质量一致性要求，提高了测试精度。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种圆形截面一维纳米结构间接触热阻的测试方法，包括以下步骤：