JPH0493645A - 薄膜熱伝導率測定方法 - Google Patents
薄膜熱伝導率測定方法Info
- Publication number
- JPH0493645A JPH0493645A JP20787190A JP20787190A JPH0493645A JP H0493645 A JPH0493645 A JP H0493645A JP 20787190 A JP20787190 A JP 20787190A JP 20787190 A JP20787190 A JP 20787190A JP H0493645 A JPH0493645 A JP H0493645A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- measured
- fine line
- film
- thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 49
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 13
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000001459 lithography Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、基板上に形成された薄膜材料の熱伝導率を測
定する方法に関するものである。
定する方法に関するものである。
［従来の技術］
従来、基板上に形成された薄膜材料の熱伝導率や温度伝
導率（熱拡散率）の測定法としては、光交流法（へ田ら
、固体物理、 ２］（５）、 ＋９８６．２９．）、ヒ
ートパルス法（Ｌ、Ｊ、ポルドナー、ジャーナル・アプ
ライド・フィジックス、 ６１（９）、 １９８７．４
４５２．）。
導率（熱拡散率）の測定法としては、光交流法（へ田ら
、固体物理、 ２］（５）、 ＋９８６．２９．）、ヒ
ートパルス法（Ｌ、Ｊ、ポルドナー、ジャーナル・アプ
ライド・フィジックス、 ６１（９）、 １９８７．４
４５２．）。
放射冷却法（小野ら、ジャパニーズ・ジャーナル・アプ
ライド・フィジックス、 ２５．１９８６． Ｌ８０８
．）などが知られている。光交流法は短冊状試料の一部
分を光照射により交流的に加熱し、加熱部分から離れた
点での温度応答の観測により薄膜試料の温度伝導率を測
定する方法である。
ライド・フィジックス、 ２５．１９８６． Ｌ８０８
．）などが知られている。光交流法は短冊状試料の一部
分を光照射により交流的に加熱し、加熱部分から離れた
点での温度応答の観測により薄膜試料の温度伝導率を測
定する方法である。
ヒートパルス法は短冊試料上に加熱源及び温度センサを
ある距離をもって形成し、試料をパルス的に加熱したと
きの温度観測点における温度応答より試料の熱伝導率を
測定する方法である。
ある距離をもって形成し、試料をパルス的に加熱したと
きの温度観測点における温度応答より試料の熱伝導率を
測定する方法である。
放射冷却法は短冊状被測定薄膜の両端を加熱源として働
くクランプで固定し、試料を真空中において定常的に加
熱した際の試料内の温度分布を放射温度計により測定し
、試料の熱伝導率を求める方法である。
くクランプで固定し、試料を真空中において定常的に加
熱した際の試料内の温度分布を放射温度計により測定し
、試料の熱伝導率を求める方法である。
上記測定法を基板上に形成した薄膜の測定に適用する場
合には、試料断面内での温度は均一と考えることにより
、基板と薄膜との複合的な熱伝導率、温度伝導率を測定
し、基板の熱伝導の効果をそれから差し引くことにより
、薄膜の熱伝導率。
合には、試料断面内での温度は均一と考えることにより
、基板と薄膜との複合的な熱伝導率、温度伝導率を測定
し、基板の熱伝導の効果をそれから差し引くことにより
、薄膜の熱伝導率。
温度伝導率を求める。光交流法の場合には薄膜。
基板の温度伝導率をそれぞれ［）、、Ｄ、、薄膜、基板
の厚さを１．．１．とすると、測定より得られる見かけ
の温度伝導率りとは近似的に次式のように関係づけられ
る。
の厚さを１．．１．とすると、測定より得られる見かけ
の温度伝導率りとは近似的に次式のように関係づけられ
る。
Ｄ＝（Ｄｒ ｔ ｆ十り、ｔ 、）ハし、＋ ｔ 、）
ｍ［発明が解決しようとする課題］ 上記に示したような薄膜材料の熱伝導率測定に従来用い
られてきた方法はすべて薄膜自体が自立できる膜の測定
に適したものであり、基板上に形成された薄膜の測定を
行う場合には、基板の熱伝導率が薄膜の熱伝導率に比べ
て大きいため測定精度が極めて悪化すること、測定精度
を上げるためには基板の厚さを榛力薄くする必要がある
こと、基板の熱伝導率の正確な値が必要なこと、薄膜基
板境界の熱接触が測定結果に影響することなどの問題が
あり、特に熱伝導率の小さな絶縁体薄膜の測定は非常に
困難である。
ｍ［発明が解決しようとする課題］ 上記に示したような薄膜材料の熱伝導率測定に従来用い
られてきた方法はすべて薄膜自体が自立できる膜の測定
に適したものであり、基板上に形成された薄膜の測定を
行う場合には、基板の熱伝導率が薄膜の熱伝導率に比べ
て大きいため測定精度が極めて悪化すること、測定精度
を上げるためには基板の厚さを榛力薄くする必要がある
こと、基板の熱伝導率の正確な値が必要なこと、薄膜基
板境界の熱接触が測定結果に影響することなどの問題が
あり、特に熱伝導率の小さな絶縁体薄膜の測定は非常に
困難である。
そこで本発明は、基板上に形成した絶縁体薄膜の熱伝導
率を、基板の材料や厚さ、薄膜一基板間の熱抵抗に関係
なく測定できる方法を提供することを目的とする。
率を、基板の材料や厚さ、薄膜一基板間の熱抵抗に関係
なく測定できる方法を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］
前記目的を達成するため、本発明の薄膜熱伝導率測定方
法においては、発熱源から被測定薄膜に熱を与え、その
熱によって薄膜内部に生じる過渡的温度変化の測定によ
り薄膜の熱伝導率を測定する測定法において、熱源及び
温度センサとして被測定薄膜上に被測定薄膜厚以下の幅
をもち、両端に電流供給用端子及び電圧測定用端子を有
する金属細線を形成し、これをステップ関数的に通電加
熱し、熱が被測定薄膜と基板の境界に到達するまでの時
間節回において細線部温度の時開変化を細線の抵抗変化
として観察することにより薄膜の熱伝導率測定を待うも
のである。
法においては、発熱源から被測定薄膜に熱を与え、その
熱によって薄膜内部に生じる過渡的温度変化の測定によ
り薄膜の熱伝導率を測定する測定法において、熱源及び
温度センサとして被測定薄膜上に被測定薄膜厚以下の幅
をもち、両端に電流供給用端子及び電圧測定用端子を有
する金属細線を形成し、これをステップ関数的に通電加
熱し、熱が被測定薄膜と基板の境界に到達するまでの時
間節回において細線部温度の時開変化を細線の抵抗変化
として観察することにより薄膜の熱伝導率測定を待うも
のである。
［作用］
被測定薄膜上に形成した細線をステップ関数的に通電加
熱することにより薄膜を加熱したとき、熱が薄膜内部を
伝わる間の細線部における温度上昇Δ丁と被測定薄膜の
熱伝導率λの間には次式の関係が成り立つ。
熱することにより薄膜を加熱したとき、熱が薄膜内部を
伝わる間の細線部における温度上昇Δ丁と被測定薄膜の
熱伝導率λの間には次式の関係が成り立つ。
λ１−（ｑ／ ２ ｙ＋）／（ｄ （ΔＴ）／ｄ（ｉｎ
ｔ）） （２）ここで、ｑは単位長あたりの細線に
供給される熱量、Ｌは加熱開始からの時間である。なお
、測定は真空中、空気中あるいはガス中で行われるため
、試料外部への熱の逃げは無視できると仮定する。従っ
て、細線部の温度上昇を細線の抵抗変化として測定し、
これを対数時間に対してプロットすれば直線関係が得ら
れ、その傾きより被測定薄膜の熱伝導率を求めることが
できる。
ｔ）） （２）ここで、ｑは単位長あたりの細線に
供給される熱量、Ｌは加熱開始からの時間である。なお
、測定は真空中、空気中あるいはガス中で行われるため
、試料外部への熱の逃げは無視できると仮定する。従っ
て、細線部の温度上昇を細線の抵抗変化として測定し、
これを対数時間に対してプロットすれば直線関係が得ら
れ、その傾きより被測定薄膜の熱伝導率を求めることが
できる。
［実施例］
以下、添付図面を参照しながら本発明を説明する。
第１図は本発明の測定方法に基づいた薄膜熱伝導率測定
装置の構成を示す図である。第２図は被６１１１定薄膜
上に形成した細線部を示す平面図、第３図は同断面図で
ある。
装置の構成を示す図である。第２図は被６１１１定薄膜
上に形成した細線部を示す平面図、第３図は同断面図で
ある。
［，２１において、Ｉ１１定試料ｌ上の細線２は、被測
定薄膜上に金属膜を形成しブー後、リソグラフィ等の方
法によりパターニングして形成する。細線２を加熱する
ための電流は電＃５によりステップ関数的に発生され、
電流供給用プローブ３より電流供給用パッド８を介して
細線２に供給される。細線２の部分における電圧降下は
電圧測定用パッド９に電圧測定用プローブ４を接触させ
、電圧測定装置６により測定され、計算機７によって細
線２の抵抗変化を算出し、さらに細線抵抗の温度計数よ
り細線温度上昇を算出し、細線温度上昇と対数時間の関
係により被測定薄膜の熱伝導率が求められる。第３図に
示すように、被４１す定薄膜１１としてシリコン基板１
２上に形成した厚さ１１１ｍのシリコン酸化膜を用い、
細線２として線幅０．８μｍ、長さ５００１１ｍのアル
ミニウム細線を用い、細線に４００Ｗ／ｍの熱量を供給
した際の細線前温度上昇と丸数時間の関係を測定した結
果を第４図に示す。加熱開始後３〜２０ｎｓの範囲で直
線関係が得られており、直線の傾きに基づいて薄膜の熱
伝導率は８．２５Ｗ／ｍＫと求められる。２０ｎｓ以降
では直線関係が成立しなくなるが、これは熱がシリコン
基板まで伝わったためである。
定薄膜上に金属膜を形成しブー後、リソグラフィ等の方
法によりパターニングして形成する。細線２を加熱する
ための電流は電＃５によりステップ関数的に発生され、
電流供給用プローブ３より電流供給用パッド８を介して
細線２に供給される。細線２の部分における電圧降下は
電圧測定用パッド９に電圧測定用プローブ４を接触させ
、電圧測定装置６により測定され、計算機７によって細
線２の抵抗変化を算出し、さらに細線抵抗の温度計数よ
り細線温度上昇を算出し、細線温度上昇と対数時間の関
係により被測定薄膜の熱伝導率が求められる。第３図に
示すように、被４１す定薄膜１１としてシリコン基板１
２上に形成した厚さ１１１ｍのシリコン酸化膜を用い、
細線２として線幅０．８μｍ、長さ５００１１ｍのアル
ミニウム細線を用い、細線に４００Ｗ／ｍの熱量を供給
した際の細線前温度上昇と丸数時間の関係を測定した結
果を第４図に示す。加熱開始後３〜２０ｎｓの範囲で直
線関係が得られており、直線の傾きに基づいて薄膜の熱
伝導率は８．２５Ｗ／ｍＫと求められる。２０ｎｓ以降
では直線関係が成立しなくなるが、これは熱がシリコン
基板まで伝わったためである。
このように細線部の温度上昇が直線がらはずれることに
より熱が基板に伝わった時点が容易に確認でき、それ以
前の測定データを基に基板材料に影響されることなく被
測定薄膜の熱伝導率を求めることができる。
より熱が基板に伝わった時点が容易に確認でき、それ以
前の測定データを基に基板材料に影響されることなく被
測定薄膜の熱伝導率を求めることができる。
本発明による測定法は基板上に形成された単層の薄膜の
測定以外にも、多層に形成された薄膜の測定に適用する
ことも可能であることは明白である。
測定以外にも、多層に形成された薄膜の測定に適用する
ことも可能であることは明白である。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明の薄膜熱伝導率測定法を用
いれば、基板上に形成された絶縁膜の熱伝導率を、基板
の熱伝導率や厚さによらずに絶対測定することが可能と
なる。
いれば、基板上に形成された絶縁膜の熱伝導率を、基板
の熱伝導率や厚さによらずに絶対測定することが可能と
なる。
第１図は本発明の一実施例の薄膜熱伝導率測定装置を示
す図、第２図は被測定薄膜上に形成した細線を示す図、
第３図は被測定薄膜上に形成した細線の断面図、第４図
は測定された細線の温度上昇と対数時間の関係を示す図
である。 ｌ・・・測定試料 ２・・・細線３・・・電
流供給用プローブ ４・電圧測定用プローブ ５・・電源 ６・・・電圧測定装置 ７・・計算機特許畠願入
日本電気株式会社
す図、第２図は被測定薄膜上に形成した細線を示す図、
第３図は被測定薄膜上に形成した細線の断面図、第４図
は測定された細線の温度上昇と対数時間の関係を示す図
である。 ｌ・・・測定試料 ２・・・細線３・・・電
流供給用プローブ ４・電圧測定用プローブ ５・・電源 ６・・・電圧測定装置 ７・・計算機特許畠願入
日本電気株式会社
Claims (1)
- （１）発熱源から被測定薄膜に熱を与え、その熱によっ
て薄膜内部に生じる過渡的温度変化の測定により薄膜の
熱伝導率を測定する測定法において、熱源及び温度セン
サとして被測定薄膜上に被測定薄膜厚以下の幅をもち、
両端に電流供給用端子及び電圧測定用端子を有する金属
細線を形成し、これをステップ関数的に通電加熱し、熱
が被測定薄膜と基板の境界に到達するまでの時間範囲に
おいて細線部温度の時間変化を細線の抵抗変化として観
察することにより薄膜の熱伝導率測定を行うことを特徴
とする薄膜熱伝導率測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2207871A JP2570478B2 (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | 薄膜熱伝導率測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2207871A JP2570478B2 (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | 薄膜熱伝導率測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0493645A true JPH0493645A (ja) | 1992-03-26 |
| JP2570478B2 JP2570478B2 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=16546933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2207871A Expired - Lifetime JP2570478B2 (ja) | 1990-08-06 | 1990-08-06 | 薄膜熱伝導率測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2570478B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103576035A (zh) * | 2013-11-15 | 2014-02-12 | 安徽金月电子科技有限公司 | 一种加热瓦测试台 |
-
1990
- 1990-08-06 JP JP2207871A patent/JP2570478B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103576035A (zh) * | 2013-11-15 | 2014-02-12 | 安徽金月电子科技有限公司 | 一种加热瓦测试台 |
| CN103576035B (zh) * | 2013-11-15 | 2016-01-20 | 安徽金月电子科技有限公司 | 一种加热瓦测试台 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2570478B2 (ja) | 1997-01-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR0145027B1 (ko) | 열 전도도 측정장치 및 방법 | |
| Wilson et al. | Thermal conductivity measurements of high and low thermal conductivity films using a scanning hot probe method in the 3 ω mode and novel calibration strategies | |
| Zhang et al. | A high-precision instrumentation of measuring thermal contact resistance using reversible heat flux | |
| Nath et al. | Experimental determination of the thermal conductivity of thin films | |
| JP2928303B2 (ja) | 物質サンプルの熱特性測定装置 | |
| JPH03225268A (ja) | 直接加熱型熱量測定装置 | |
| US7377687B2 (en) | Fluid temperature measurement | |
| JPH0479573B2 (ja) | ||
| KR101662713B1 (ko) | 열전박막의 수직방향 열전특성 측정센서유닛 | |
| US2972882A (en) | Apparatus for measuring coating thicknesses | |
| JPH0493645A (ja) | 薄膜熱伝導率測定方法 | |
| Nishimura et al. | Measurement of in-plane thermal and electrical conductivities of thin film using a micro-beam sensor: A feasibility study using gold film | |
| Fujiki et al. | Development on measurement method for Thomson coefficient of thin film | |
| JP2789882B2 (ja) | 薄膜熱物性値測定方法 | |
| Salvi et al. | Measurement of thermal conductivity of millimeter-sized wires using the fin effect | |
| JP2001021512A (ja) | 熱伝導率測定装置 | |
| JPH04273144A (ja) | 薄膜温度伝導率測定方式 | |
| JP2734831B2 (ja) | 薄膜熱物性値測定方法 | |
| Pichler et al. | Thermal conductivity of liquid metals | |
| JPH04273049A (ja) | 薄膜熱物性値測定方法 | |
| JP4042816B2 (ja) | 水分量検知センサー | |
| JPH0769221B2 (ja) | 温度検知材料、温度センサー及び温度測定方法 | |
| JPH0755739A (ja) | 熱電特性測定方法及び装置 | |
| Matsumoto et al. | Radiative heat exchange method for thermal conductivity measurement applying a perpendicular heat flow to a thin-plate sample: Principle and apparatus | |
| JPH07134108A (ja) | 低熱伝導性シートの熱伝導率測定方法 |