可变光斑大小和多频率方波脉冲源（SPS）方法用于多层薄膜各向异性热传导性质的综合表征
应用物理
2026-04-16 v1 材料科学
摘要
多层薄膜结构经常出现于工业应用中，对其热性能进行准确表征对于性能优化至关重要。这些薄膜的厚度通常介于纳米至微米之间，常表现为各向异性热导率和非齐态比热容，这些性质测量存在挑战。本研究引入了一种可变光斑大小和多频率方波脉冲源（SPS）方法，用于同时确定多层系统中各向异性热导率、比热容及界面热阻。通过利用 1 Hz 至 10 MHz 的宽广调制频率范围和可调激光光斑大小，SPS 方法提高了对不同层中不同热参数的灵敏度。我们在一个硅绝缘体（SOI）样品上验证了该方法，样品包含 1.59 微米 Si 层、1.03 微米 SiO2 层以及基片上 122 纳米铝（Al）换能器。SPS 方法成功提取了七个关键热参数，包括 Si 薄膜的平面和垂直热导率及比热容、SiO2 层的热导率和比热容、基片的热导率，以及 Al 与 Si 之间界面热阻。温度从 80 K 到 500 K 的测量结果与文献值和第一性原理预测值高度吻合，确认了该方法的准确性和可靠性。这些结果表明，SPS 方法是综合表征复杂多层结构热特性的强大工具，具有深远的意义。
引用
@article{arxiv.2604.13744,
title = {A Variable-Spot-Size and Multi-Frequency Square-Pulsed Source (SPS) Approach for Comprehensive Characterization of Anisotropic Thermal Transport Properties in Multilayered Thin Films},
author = {Kexin Zhang and Tao Chen and Jinlong Ma and Puqing Jiang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.13744},
year = {2026}
}