通过拉曼光谱空间分辨测定热导率

我们回顾了拉曼频移法作为一种无损光学工具来研究热导率的应用，并通过对热电应用中的薄膜和块体材料的研究，展示了以微米级分辨率绘制该物理量分布的可能性。在该方法中，聚焦激光束既在激发点对样品进行热激发，又发生拉曼散射。所测得的声子能量的温度依赖性被用作局部温度计。我们讨论了所测温度是一个有效温度，并描述了如何借助热扩散的解析或数值处理，从单次温度测量推导出热导率直至完整的温度分布图。我们在将该方法应用于更复杂的硅基材料之前，先在三维和二维单晶样品上验证了该方法及其分析过程。我们研究了一种悬浮的薄介孔磷掺杂激光烧结 Si78Ge22 纳米颗粒薄膜，以根据作为距热沉距离函数测得的有效温度提取面内热导率。使用迭代多重网格 Gauss-Seidel 算法对实验数据进行建模，在按孔隙率归一化后得出热导率为 0.1 W/m K。作为第二个应用，我们绘制了磷掺杂三维块体纳米晶硅样品的表面图，该样品表现出各向异性和富氧析出物。在析出物区域发现的热导率低至 11 W/m K，显著低于周围基体的 17 W/m K。本研究为更常规地将拉曼频移法作为一种多功能工具用于热导率研究奠定了基础，适用于具有高和低热导率的样品以及各种几何形状。