CN221426522U - 一种薄膜热导率的测量机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种薄膜热导率的测量机构，涉及热物性测量技术领域。该测量机构包括恒温室、固定座和上盖，恒温室的底面开设有气压平衡槽；固定座设置于恒温室内，固定座开设有定位槽，定位槽内开设有通孔，通孔与气压平衡槽相连通，气压平衡槽的至少一端位于固定座之外，定位槽内设置有待检测的样品；上盖包括盖板和多个探针，盖板设置于恒温室上，多个探针穿过恒温室并对应抵接于样品的接线端。该测量机构能够实现样品的快速装卸，并能为样品的测量提供恒温条件；而固定座的通孔与气压平衡槽相连通，能够在真空环境下使薄膜背面的气压与正面的气压相同，避免压力差导致薄膜的形态发生变化甚至损坏，保证测量数据的准确性。

Description

一种薄膜热导率的测量机构

技术领域

本实用新型涉及热物性测量技术领域，尤其涉及一种薄膜热导率的测量机构。

背景技术

在功能薄膜材料的研发过程中，对薄膜热导率的表征通常是一个重要的环节，现有技术中基于电加热/电阻测温的方法(如3ω方法)可被用来测量薄膜的面外热导率和面内热导率，具有较广的应用范围。

实施该类方法时，需要在样品表面制作一组或者多组电极，作为电阻加热器和电阻温度计。每组电极通常有四个接线端，为了向电极导入激发电流并引出电压信号，通常可将金属细导线焊接或者用银胶固定到上述接线端上，但该过程比较耗时，影响测试效率。为了测量薄膜样品随温度变化的趋势，还需要为样品提供一个恒温测量环境。

此外，当测量薄膜面内热导率时，薄膜需要被悬空固定在一个框架上、并在真空样品室内开展测量。如果悬空薄膜厚度很薄(如几十纳米到几百纳米)，当开始对真空样品室抽真空时，薄膜正面和背面如果存在气压差可能会导致薄膜变形甚至损坏；即使薄膜的强度足够大，在测量过程中如果薄膜正面和背面不能同处于良好的真空环境中也会导致测量误差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种薄膜热导率的测量机构，能够有效提高测量效率，提供恒温测量环境，在真空中测量悬空薄膜样品时避免薄膜的正面和背面存在压力差，保证测量数据的准确性。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种薄膜热导率的测量机构，包括：

恒温室，所述恒温室的底面开设有气压平衡槽；

固定座，设置于所述恒温室内，所述固定座开设有定位槽，所述定位槽内开设有通孔，所述通孔与所述气压平衡槽相连通，所述气压平衡槽的至少一端位于所述固定座之外，所述定位槽内设置有待检测的样品；

上盖，所述上盖包括盖板和多个探针，所述盖板设置于所述恒温室上，多个所述探针穿过所述恒温室并对应抵接于所述样品的接线端。

作为上述薄膜热导率的测量机构的优选方案，所述恒温室包括底座和保温罩，所述保温罩罩设于所述底座，所述固定座设置于所述底座上，所述保温罩开设有窗口，多个所述探针通过所述窗口伸入所述恒温室内。

作为上述薄膜热导率的测量机构的优选方案，所述底座包括间隔设置的两个支撑件，两个所述支撑件之间形成限位槽，所述保温罩包括顶板和间隔设置的两个侧板，顶板设置于两个所述支撑件上，两个所述侧板分别设置于所述限位槽的两端并封堵所述限位槽。

作为上述薄膜热导率的测量机构的优选方案，所述底座还包括固定部，所述固定部位于两个所述侧板的外部。所述固定部用于将恒温室固定到温控测试平台上。

作为上述薄膜热导率的测量机构的优选方案，所述测量机构还包括螺钉，所述螺钉穿过所述上盖和所述保温罩后与所述底座螺纹连接。

作为上述薄膜热导率的测量机构的优选方案，所述气压平衡槽包括圆槽和延伸槽，所述圆槽与所述通孔正对，所述延伸槽的一端与所述圆槽相连通，所述延伸槽的另一端延伸至所述固定座之外。

作为上述薄膜热导率的测量机构的优选方案，所述通孔在垂直于所述底座的方向上的投影位于所述圆槽之内。

作为上述薄膜热导率的测量机构的优选方案，所述圆槽与两个所述延伸槽相连通，且两个所述延伸槽的延伸方向相反。

作为上述薄膜热导率的测量机构的优选方案，所述上盖包括温度计，所述温度计被配置为抵接所述样品。

作为上述薄膜热导率的测量机构的优选方案，多个所述探针均为弹簧探针。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种薄膜热导率的测量机构。该测量机构用于放置并测量待检测的样品，其中，恒温室能够实现样品的快速装卸，并能为样品的测量提供一个恒温的条件，而固定座的通孔与气压平衡槽相连通，能够在真空环境下测量悬空薄膜样品时，使薄膜背面的气压与正面的气压相同，有效避免压力差导致薄膜的形态发生变化甚至损坏，保证测量数据的准确性。

附图说明

图1是本实用新型提供的样品的结构示意图；

图2是本实用新型提供的测量机构的结构示意图；

图3是本实用新型提供的测量机构的爆炸图；

图4是本实用新型提供的固定座的结构示意图。

图5是本实用新型提供的上盖的结构示意图；

图6是本实用新型提供的底座的俯视图；

图中：

100、样品；101、框架；102、接线端；103、悬空薄膜；

1、恒温室；2、固定座；3、上盖；

11、底座；12、保温罩；13、气压平衡槽；21、定位槽；22、通孔；31、盖板；32、探针；33、温度计；

111、支撑件；112、固定部；121、窗口；122、顶板；123、侧板；131、圆槽；132、延伸槽。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在功能薄膜材料的研发过程中，对薄膜热导率的表征通常是一个重要的环节，现有技术中基于电加热/电阻测温的方法(如3ω方法)可被用来测量薄膜的面外热导率和面内热导率，具有较广的应用范围。

实施该类方法时，需要在样品表面制作一组或者多组电极，作为电阻加热器和电阻温度计。每组电极通常有四个接线端，为了向电极导入激发电流并引出电压信号，通常可将金属细导线焊接或者用银胶固定到上述接线端上，但该过程比较耗时，影响测试效率。此外，为了测量薄膜样品随温度变化的趋势，需要将样品置于一个恒温环境中。

如图1所示，现有技术中，通常将薄膜材料固定在框架101上制成样品100，再通过加热器和测温器进行相关参数的测量以便表征热导率。其中，样品100表面上设置有加热器和测温器，加热器和测温器均连接有多个接线端102。当测量薄膜面内热导率时，样品100可以包含悬空薄膜103。

为了保证薄膜材料在测量时具有一个恒温的环境，本实施例提供了一种薄膜热导率的测量机构，如图2～图6所示，该测量机构包括恒温室1、固定座2和上盖3，固定座2设置于恒温室1内，固定座2开设有定位槽21，定位槽21内设置有待检测的样品100，上盖3包括盖板31和多个探针32，盖板31设置于恒温室1上，多个探针32穿过恒温室1并对应抵接于样品100的接线端102。

恒温室1可被固定到温控测试平台上，恒温室1与温控测试平台之间具有良好的热接触，温度计33能够读取样品100的实时温度。然而，当测量薄膜面内热导率时，薄膜需要被悬空固定在一个框架101上、并在真空环境中开展测量。如果悬空薄膜103厚度很薄(如几十纳米到几百纳米)，抽真空时薄膜正面和背面如果存在气压差可能会导致薄膜变形甚至损坏；即使薄膜的强度足够大，如果在测量过程中薄膜正面和背面不能同处于良好的真空环境中也会导致测量误差。

如图3和图6所示，为解决上述问题，本实施例提供的薄膜热导率的测量机构中，恒温室1的底面开设有气压平衡槽13，定位槽21内开设有通孔22，通孔22与气压平衡槽13相连通，气压平衡槽13的至少一端位于固定座2之外。固定座2的通孔22与气压平衡槽13相连通，当在真空环境中测量薄膜面内热导率时，能够使样品100背面的气压与样品100正面的气压相同，有效避免压力差导致薄膜的形态发生变化，并保证测量的数据的准确性。

优选地，通孔22与样品100的悬空薄膜103正对，防止薄膜局部压强不同而对测量结果产生影响。值得说明的是，由于固定座2开设有通孔22，故可以将固定座2和样品100作为整体转移到真空沉积设备内，并通过通孔22在悬空薄膜103的背面沉积待测薄膜，提高制样效率。

如图3所示，恒温室1包括底座11和保温罩12，保温罩12罩设于底座11，固定座2设置于底座11上，保温罩12开设有窗口121，多个探针32通过窗口121伸入恒温室1内。恒温室1分为底座11和保温罩12，便于向恒温室1内放置固定座2，便于样品100的快速装卸，提高了测量效率。

其中，底座11包括间隔设置的两个支撑件111，两个支撑件111之间形成限位槽，保温罩12包括顶板122和间隔设置的两个侧板123，顶板122设置于两个支撑件111上，两个侧板123分别设置于限位槽的两端并封堵限位槽。两个支撑件111既能够形成限位槽，以在固定座2的相对两端限制固定座2的移动，还能够对保温罩12起到支撑作用，且保温罩12的两侧侧板123还能够封堵限位槽以提高保温能力。

在本实施例中，测量机构还包括螺钉，螺钉穿过上盖3和保温罩12后与底座11螺纹连接，上盖3、保温罩12以及底座11通过螺钉进行固定，结构简单。

如图2和图3所示，底座11还包括固定部112，固定部112位于两个侧板123的外部。在将上盖3、保温罩12以及底座11进行固定后，需要通过固定部112将该测量机构固定于温控测试平台上，用于控制样品100的温度并便于探针32连接外部电路进行检测。

由于恒温室1的结构相对封闭，当将其置于真空环境时，其内部真空度可能低于外部真空度，而在某些类型测量(如薄膜面内热导率测量)中，需要恒温室1内的真空度达到一定数值(如小于1×10^-2Pa)。为解决这个问题，气压平衡槽13的至少一端伸出保温罩12，气压平衡槽13使得恒温室1内部与外部联通，恒温室1内的真空度能够达到测量允许值，从而提高测量的准确率。

可以理解的是，气压平衡槽13的端部伸出保温罩12，恒温室1内外的连接通道宽度适中，既能够保证恒温室1内部和外部有效连通而使压强一致，又能够保证固定座2和底座11之间具有足够大的热接触面积，从而有利于样品100的温度控制。

如图6所示，气压平衡槽13包括圆槽131和延伸槽132，圆槽131与通孔22正对，延伸槽132的一端与圆槽131相连通，延伸槽132的另一端延伸至固定座2之外。圆槽131与通孔22正对，也就是说，薄膜背面的空间能够通过圆槽131连通延伸槽132，并通过延伸槽132与恒温室1内部以及外部连通，保证了薄膜正面和背面气压的平衡。

进一步地，通孔22在垂直于底座11的方向上的投影位于圆槽131之内。也就是说，圆槽131的截面积大于通孔22的截面积，避免通孔22部分被遮挡而影响薄膜背面的压强大小。

优选地，圆槽131与两个延伸槽132相连通，且两个延伸槽132的延伸方向相反。两个延伸槽132相对于圆槽131对称设置，既能够提高通孔22与恒温室1内外的连通性，还能够使通孔22处压强变化的更平均，保证了薄膜正面和背面气压的平衡。

如图3和图5所示，上盖3包括温度计33，温度计33被配置为抵接样品100。具体地，温度计33抵接样品100的框架101，而框架101与薄膜之间存在直接和良好的热接触，其温度可被认为与薄膜温度相同，通过温度计33来测量框架101的温度，能够保证所得到的样品100温度的准确性，从而提高测量结果的可靠性。

在本实施例中，多个探针32均为弹簧探针。也就是说，当上盖3扣合于恒温室1上时，弹簧探针抵接接线端102而被压缩，既能够保证弹簧探针与接线端102的连接，又能够避免压坏探针32或损伤接线端102。可以理解的是，温度计33为弹簧温度计，当弹簧温度计抵接框架101时，既能够保证弹簧温度计与框架101的接触以测量框架101温度，又能够避免压坏温度计33或损伤框架101。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种薄膜热导率的测量机构，其特征在于，包括：

恒温室(1)，所述恒温室(1)的底面开设有气压平衡槽(13)；

固定座(2)，设置于所述恒温室(1)内，所述固定座(2)开设有定位槽(21)，所述定位槽(21)内开设有通孔(22)，所述通孔(22)与所述气压平衡槽(13)相连通，所述气压平衡槽(13)的至少一端位于所述固定座(2)之外，所述定位槽(21)内设置有待检测的样品(100)；

上盖(3)，所述上盖(3)包括盖板(31)和多个探针(32)，所述盖板(31)设置于所述恒温室(1)上，多个所述探针(32)穿过所述恒温室(1)并对应抵接于所述样品(100)的接线端(102)。

2.根据权利要求1所述的薄膜热导率的测量机构，其特征在于，所述恒温室(1)包括底座(11)和保温罩(12)，所述保温罩(12)罩设于所述底座(11)，所述固定座(2)设置于所述底座(11)上，所述保温罩(12)开设有窗口(121)，多个所述探针(32)通过所述窗口(121)伸入所述恒温室(1)内。

3.根据权利要求2所述的薄膜热导率的测量机构，其特征在于，所述底座(11)包括间隔设置的两个支撑件(111)，两个所述支撑件(111)之间形成限位槽，所述保温罩(12)包括顶板(122)和间隔设置的两个侧板(123)，顶板(122)设置于两个所述支撑件(111)上，两个所述侧板(123)分别设置于所述限位槽的两端并封堵所述限位槽。

4.根据权利要求3所述的薄膜热导率的测量机构，其特征在于，所述底座(11)还包括固定部(112)，所述固定部(112)位于两个所述侧板(123)的外部。

5.根据权利要求3所述的薄膜热导率的测量机构，其特征在于，所述测量机构还包括螺钉，所述螺钉穿过所述上盖(3)和所述保温罩(12)后与所述底座(11)螺纹连接。

6.根据权利要求2～5中任一项所述的薄膜热导率的测量机构，其特征在于，所述气压平衡槽(13)包括圆槽(131)和延伸槽(132)，所述圆槽(131)与所述通孔(22)正对，所述延伸槽(132)的一端与所述圆槽(131)相连通，所述延伸槽(132)的另一端延伸至所述固定座(2)之外。

7.根据权利要求6所述的薄膜热导率的测量机构，其特征在于，所述通孔(22)在垂直于所述底座(11)的方向上的投影位于所述圆槽(131)之内。

8.根据权利要求6所述的薄膜热导率的测量机构，其特征在于，所述圆槽(131)与两个所述延伸槽(132)相连通，且两个所述延伸槽(132)的延伸方向相反。

9.根据权利要求1～5中任一项所述的薄膜热导率的测量机构，其特征在于，所述上盖(3)包括温度计(33)，所述温度计(33)被配置为抵接所述样品(100)。

10.根据权利要求1～5中任一项所述的薄膜热导率的测量机构，其特征在于，多个所述探针(32)均为弹簧探针。