基于悬浮膜装置的面内热导率测量方法的数值建模

我们基于三维有限元方法（FEM）模拟和一维解析解开展了数值建模研究，以评估两种交流方法测量沉积在悬浮 SiNx 膜装置背面的薄膜面内热导率的能力。介电膜顶部有两条平行金属条。一条（S1）兼作加热器和温度计，另一条（S2）仅作温度计。对于改进相移（MPS）方法，从 S2 上温度振荡的相移中提取面内热扩散率至关重要。研究发现，随着复合膜的面内热扩散率（${\alpha_{\parallel ,C}}$）增大，进行数据拟合的频率窗口变窄，主要由于低频区半无限宽度假设失效。为确保方法有效，在所考虑的特定膜尺寸（1$\times$1 mm2）下，${\alpha_{\parallel ,C}}$ 上限不应超过约 1.8$\times$10-5 m2 s-1。另一方面，受 Zhu 最近提出的改进 Ångström 方法启发，我们建议一种新的数据化简方法，利用 S1 和 S2 上的相移以及 S1 上的振幅。基于模拟结果，预期与三个观测量相关的非理想性可至少部分抵消。因此，进行数据拟合的频率窗口选择对 ${\alpha_{\parallel ,C}}$ 的大小不敏感。对于面内热导率介于 0.84 W m-1 K-1 到 50 W m-1 K-1 的典型样品膜，本文方法产生的理论测量不确定度小于 5%。