[实用新型]一种材料导热性能测试系统

说明书

本实用新型涉及材料性能表征领域，具体涉及一种材料导热性能测试系统。该系统样品放在样品分析室内的样品台上，真空及控温系统分别通过测试温度环境获得系统和真空获得系统与样品分析室相连，信号接收与控制系统的输入端与测试温度环境获得系统连接，信号接收与控制系统的输出端与数据可视化系统连接。信号接收与控制系统主要是对待测芯片可控地输出测试信号，并同时接收样品的反馈信号，处理后传输给数据可视化系统，数据可视化系统可对获得的数据进行自动化处理并输出可视化的数据图。本实用新型实现了在150K～750K温度范围对块体和薄膜材料的面内及面外的导热性能测试，具有测试材料范围广泛，测试结果准确等优点。

技术领域

本实用新型涉及材料性能表征领域，具体涉及一种材料导热性能测试系统。

背景技术

材料的导热性能是其重要的物理属性，随着材料维度的降低，其尺度效应出现有别于传统块体材料的“ballistic”传输效应，极大地影响材料的导热属性和使用性能，低维导热材料在微电子系统热管理领域具有深远和重要的影响。

由于低维材料表现出强烈的导热各向异性以及尺度效应，传统的适用于测量块体材料导热性能的测量设备和原理，如瞬态激光闪烁法或是稳态热源法已经完全不适用了，瞬态激光的探测束斑面积甚至大于二维材料尺寸。目前，世界范围内公认的测量低维材料热导率的技术主要有瞬态3ω-频域法和稳态SiN-悬臂法等。

瞬态3ω-频域法是能同时采集分析二维材料、薄膜等低维材料面内及面外导热性能的测量技术。主要利用材料自身的热传导属性对于瞬间一倍频率的热源吸收/释放时产生的三倍频率响应信号，直接计算出材料的热导率，这其中不需要假设任何参数或是测量比热容等其它热物性参数，具有测量精度高、重复性好，可测量热导率值范围广，测试温度范围较宽，对于待测量样品电绝缘性能要求低等优点。

稳态法是基于热导率的基本定义，在近似绝热的环境下利用一维稳态热源信号测量样品的温升响应来计算热导率。其是测量低维材料沿热流方向(面内)的热导率，也是目前测量自支撑(无基底)低维材料的主要/唯一技术方法。不过当把这种方法运用于对二维材料的导热性能的测试上，则需根据材料的特殊性进行自行设计，目前并无针对这些二维材料可以通用的商用导热性能测试仪器。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种材料导热性能测试系统，将瞬态3ω频域法和稳态法两种热导率测试原理联用，实现对块体和薄膜材料的面内及面外的、150K～750K温度范围的导热性能测试，并且对于部分样品可以使用两种测试方法进行相互验证。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种材料导热性能测试系统，包括样品分析室、真空及控温系统、信号接收与控制系统和数据可视化系统，具体结构如下：

样品放在样品分析室内的样品台上，真空及控温系统分别通过测试温度环境获得系统和真空获得系统与样品分析室相连，信号接收与控制系统的输入端与测试温度环境获得系统连接，信号接收与控制系统的输出端与数据可视化系统连接。

所述的材料导热性能测试系统，样品分析室为样品测试提供所需要的真空、变温和电路连接的测试环境，其具体的结构包括：真空腔体、真空密封电连接件、150K～750K样品控温装置、样品台，150K～750K样品控温装置位于真空腔体内的上部，150K～750K样品控温装置的顶部露在外面，150K～750K样品控温装置设有加热台和液氮管路，真空腔体内，待测样品放置在样品台的测试芯片上，样品台放置在150K～750K样品控温装置的加热台上，两个真空密封电连接件设置于真空腔体的侧壁上，真空腔体内加热台的引线、150K～750K样品控温装置上的热电偶引线分别经过一个真空密封电连接件引出，加热台的引线连接测试温度环境获得系统的温控仪，150K～750K样品控温装置上的热电偶引线连接信号接收与控制系统。