(3.238.130.97) 您好!臺灣時間:2021/05/14 00:26
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

: 
twitterline
研究生:董建利
研究生(外文):TUNG CHIEN LI
論文名稱:量測薄膜材料熱傳導係數之簡易方法的研究
論文名稱(外文):A Simple Method for Determination of Thermal Conductivity Coefficients of Thin Films
指導教授:潘吉祥潘吉祥引用關係
指導教授(外文):Pan C.S.
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:精密工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
中文關鍵詞:薄膜熱傳導係數
外文關鍵詞:thin filmthermal conductivity coefficient
相關次數:
  • 被引用被引用:1
  • 點閱點閱:2613
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:171
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:1
精確了解薄膜材料的熱傳導係數對於微機電及積體電路元件之研發與應用是非常重要的。雖然對於塊材材料的熱傳導係數已有相當豐富資料,然而這些並不見得適用於薄膜材料。此外由於薄膜材料的性質通常與製程的條件及設備有很大的關連,甚至是同一晶片上的薄膜材料,在其上不同位置其性質亦可能有所差異。因此,如何利用有效又簡便方法,精確且可區域性地量測出薄膜相關材料係數是十分需要的。已往雖有許多方法儀器用來量測塊材材料的熱傳導係數,譬如:x-射線繞射法、光學干涉儀法及雷射量測法,但這些並不見得適用於薄膜材料的量測上,更何況這些儀器並不是隨意可得且昂貴的,而且在試片的準備上非常繁複。本論文提出一套簡易的方法,利用簡單的特徵微結構及一般實驗室常見的檢測儀器(探針台、加熱板、四點探針及電源供應器),來量測薄膜材料的熱傳導係數,其對象涵蓋導電性及非導電性薄膜材料。特徵微結構可用一般的矽微加工技術(面型或體型微加工技術)製作,並且可與待量測薄膜製作在同一晶片上。本方法之原理乃藉由通電加熱特徵微結構,使其產生不均勻熱膨脹之彎曲變形,經量得微結構末端點的橫向位移量,代入事先推導出的電-熱-位移解析公式中,即可求得薄膜之熱傳導係數值。由於本文所提出之微結構之末端點的位移量夠大,故可直接使用光學顯微鏡量得。在實驗量測上,本文以摻雜磷之多晶矽薄膜作為導電性材料熱傳導係數之量測範例,而非導電性薄膜材料,則以二氧化矽薄膜為量測範例。至於其他薄膜材料則可比照辦理。論文中使用ANSYS軟體進行有限元素分析,來驗證所推導出之解析公式的精確度,並且進行非線性之模擬分析。此外,針對影響量測結果之假設及設計參數亦逐一作詳細的分析探討及參數最佳化。至於與現有的其他方法比較,本文所提出之方法有幾項特點:(1)試片結構簡單,且微結構之位移量大,使用光學顯微鏡量測即可;(2)可用一般實驗儀器量測;(3)微結構通電加熱後之溫度變化,不需要用到任何溫度感測器來決定;(4)通電時之接觸電阻並不影響量測之結果。

To determine thermal- physical properties of thin films are vital and indispensable for the design of MEMS devices and fabrication processes. However , the properties of thin films are process - dependent and distinct from district. This study introduces a simple method for determination of thermal conductivity coefficients of thin films with a compact microstructure and by using common measuring apparatus . The microstructure can be fabricated by sample surface or bulk micromachining technique and in situ along with active devices on the same chip . Analytical expressions are derived to calculate the thermal conductivity coefficients of thin film from the experimental data. The present method can measure thermal conductivity coefficients of electric conductivity thin film and dielectric thin film. For electric conductivity thin film, experimental results with a heavily n-doped LPCVD poly crystalline silicon film are here to demonstrate the effectiveness of the proposed method. For dielectric thin film, the thermally grown silicon oxide are here to demonstrate the effectiveness of the propose method. Varying the geometric parameters of the beams , the optimal structure can be obtained. In addition , the finite element method are used to simulate and verify.

中文摘要……………………………………………………………… Ⅰ
英文摘要……………………………………………………………… Ⅲ
誌謝…………………………………………………………………… Ⅳ
目錄…………………………………………………………………… Ⅴ
圖目錄………………………………………………………………… Ⅷ
表目錄……………………………………………………………… ⅩⅠ
第一章 緒論…………………………………………………………… 1
1.1研究動機………………………………………………………1
1.2相關研究………………………………………………………2
1.3研究方法與目標………………………………………………3
1.4論文架構………………………………………………………4
第二章 量測原理與分析……………………………………………… 9
2.1前言……………………………………………………………9
2.2量測導電性薄膜的原理…………………………………… 10
2.2.1特徵微結構之設計與操作原理……………………10
2.2.2電-熱關係式……………………………………… 11
2.2.3熱-位移關係式…………………………………… 12
2.3 量測非導電性薄膜的原理………………………………… 15
2.3.1特徵微結構之設計與操作原理……………………15
2.3.2電-熱關係式……………………………………… 15
2.3.3熱-位移關係式…………………………………… 17
2.4特性分析與討論…………………………………………… 19
2.4.1導電性薄膜量測之特性分析與討論………………19
2.4.2非導電性薄膜量測之特性分析與討論……………21
第三章 實驗量測………………………………………………………37
3.1儀器設備…………………………………………………… 37
3.2特徵微結構之製作………………………………………… 37
3.2.1製作技術簡介………………………………………37
3.2.2導電性薄膜之特徵微結構的製程…………………38
3.2.3非導電性薄膜之特徵微結構製程…………………40
3.3量測步驟…………………………………………………… 41
3.3.1導電性薄膜量測之步驟……………………………41
3.3.2非導電性薄膜量測之步驟…………………………43
第四章 實驗結果與討論………………………………………………49
4.1導電性薄膜量測結果與討論……………………………… 49
4.2非導電性薄膜量測結果與討論…………………………… 51
第五章 結論與未來研究方向………………………………………… 59
5.1結論………………………………………………………… 59
5.2未來研究方向……………………………………………… 59
參考文獻……………………………………………………………… 61
附錄Ⅰ 與Henry baltes等人之量測方法比較…………………… 65
附錄Ⅱ 導電性薄膜電-熱-位移關係式推導之細節…………………67
附錄Ⅲ 非導電性薄膜電-熱-位移關係式推導之細節………………72
附錄Ⅳ MATLAB程式集…………………………………………………74
附錄Ⅴ 相關塊材材料與薄膜材料熱傳導係數值……………………84

[1]M. Müller, W. Budde, R. Gottfried-Gottfried, A. Hubel, R. Jähne, and H.Kück, “Athermoelectric infrared radiation sensor with monolithically integrated amplifier stage and temperature sensor,” in 8th Int. Solid-State Sens. Actuators Conf. Tech. Dig. , vol. 1, Stockholm, Sweden, 1995, pp.640—643.
[2] J. Schieferdecker, R. Quad, E. Holzenkampfer, and M. Schulze, “In-frared thermopile sensors with high sensitivity and very low temperature coefficient,” Sens. Actuators, vol. A47, pp. 422—427, 1995.
[3] O. Paul, N. Schneeberger, U. Münch, M. Waelti, A. Schaufelbühl, H.Baltes, C. Menolfi, Q. Huang, E. Doering, K. Müller, and M. Loepfe, “Thermoelectric infrared imaging microsystem by commercial CMOS technology,” in Proc. ESSDERC'98, Bordeaux, France, pp. 52—55.
[4] F. Mayer, A. Häberli, H. Jacobs, G. Ofner, O. Paul, and H. Baltes, “Single-chip CMOS anemometer,” in IEDM'97 Tech. Dig., pp.895—898.
[5] A. Häberli, O. Paul, P. Malcovati, M. Faccio, F. Maloberti, and H. Baltes, “CMOS integration of a thermal pressure sensor system,” in Proc. IEEE ISCAS'96, vol. 1, Atlanta, GA, pp. 377—380.
[6] R. J. Reay, E. H. Klaassen, and G. T. A. Kovacs, “Thermally and elec-trically isolated single crystal silicon structures in CMOS technology,” IEEE Electron Device Lett., vol. 15, pp. 399—401, Oct. 1994.
[7] E. Yoon and K. D. Wise, “A wideband monolithic Rms-Dc converter using micromachined diaphragm structure,” IEEE Trans. Electron De-vices, vol. 41, pp. 1666—1668, Sept. 1994.
[8] D. Jaeggi, “Thermal converters by CMOS technology,” Ph.D. disserta-tion, ETH, Zürich, Switzerland, 1996.
[9] U. A. Dauderstädt, P. H. S. de Vries, R. Hiratsuka, and P. M. Sarro, “Silicon accelerometer based on thermopiles,” Sens. Actuators, vol. A46—47, pp. 201—204, 1995.
[10] A. Sauter and W. D. Nix, “Finite element calculations of thermal stresses in passivated and unpassivated lines bonded to substrates,” in Proc. Mater. Res. Soc. Symp., vol. 188, 1990, pp. 15—20.
[11]Harry A. Schafft,John S. Suehle, and Paul G.A. Mirel “Thermal Conductivity Measurements of Thin-Film Silicon Dioxide”Proc.IEEE 1989 Int.conference on microelectronic test structures, vol 2, no. 1, march 1989
[12]Martin von Arx, Oliver Paul, Henry Baltes, ”Process-Dependent Thin-Film Thermal Conductivities for Thermal CMOS MEMS” J. Microelectromechanical systems, vol.9, no.1, March 2000.
[13]Bean K. E., Hentzschei H. P., and Colman D., “Thermal and Electrical Anisotropy of Polycrystalline Silicon”, J. Appl. Phys., vol. 40, pp.2358-2359, 1969.
[14]Fug G, Gasparoux H and Piaud J J, “Thermal Variation Apparatus for X-ray Diffraction Experiments up to 3000K,” J. Phys., E: Sci. Instrum. 5, pp.1222
[15]Kinzly R.E., 1967, “A new interferometer capable of measure of measuring small optical path differences,” Appl. Opt. 6, pp.137-140, 1972.Lin L., and Chiao M., “Electrothermal Responses of Line Shape Microstructures”, Sensors and Actuators, A55, pp.31-41, 1996.
[16]Retajczyk T. F Jr.., A. K. Sinha, “Elastic stiffness and thermal expansion coefficient of BN films,” Appl. Phys. Lett. 36, pp.161-163, 1980.
[17]Wolf S. and Tauber R. N., Silicon Processing for the VLSI Era: Volume 1- Process Technology, Lattice Press, 1986.
[18]Tai Y. C., Mastrangelo C. H., and Muller R. S., “Thermal Conductivity of Heavily Doped Low-Pressure Chemical Vapor Deposited Polycrystalline Silicon Films”, J. Appl. Phys. 63(5), 1, pp.1441-1447, 1988.
[19]Friedemann Volklein and Henry Baltes, “A Microstructure for Measurement of Thermal Conductivity of Polysilicon Thin Films”, J. Microelectromechanical Systems, Vol.1, No.4, pp.193-196, 1992.
[20]Paul O. M., and Baltes H., “Thremal Conductivity of CMOS Materials for the Optimization of Microsensors”, J. Micromech. Microeng. 3, pp.110-112, 1993.
[21]Paul O. M., Korvink J. G., and Baltes H., “Determination of thermophysical properties of CMOS IC Polysilicon”, Sensors and Actuators, A41-42, pp.161-164, 1994.
[22]Paul O., M. Von Arx and H. Baltes, “Process-dependent Thermal physical Properties of CMOS IC Thin Films”, The 8th International Conference on Solid State Sensors and Actuators, Transducers’95, Stockholm, Sweden, pp.178-181.
[23]Baltes H., Paul O. and Korvink J. G. “Simulation Toolbox and Material Parameter Data Base for CMOS MEMS”, IEEE 7th International Symposium on Micro Machine and Human Science, pp.1-8, 1996
[24]Harry A.Schafft, John S. Snchle, “Thermal conductivity measurements of thin-film silicon dioxide” Proc. IEEE Int confefence on microelecronic test structure, Vol2, No. 1, march 1989
[25]Michael B. Kleiner, “Thermal conductivity measurements of thin silicon dioxide films in integrated circuits” IEEE transactions on electron deviceds, vol. 43 no. 9 september 1996
[26]Andrea Irace, Pasqualina M. Sarro ‘’Measurement of thermal conductivity and diffusivity of single and multilayer membranes’’ Sensors and Actuators 76 1999 323—328
[27]羅惠濱,”應用熱波理論探討多層薄膜具界面熱阻效應之微觀熱傳”,交通大學機械工程學系博士論文,民88
[28]Kotake, s, Molecular Mechanical Engineering(review). JSME Int. J., Series B, 1995, 38, 1-7
[29]Pan C. S. and Hsu W., “A Microstructure for in-situ Determination of Residual Strain”, IEEE/ASME J. Microelectromechanical Systems, Vo1. 8, No. 2 , June, 1999, pp.200.
[30]Pan C. S., "A Simple Method for in situ Determination of Linear Thermal Expansion Coefficients of Thin Films", will appear to The Symposium on Instrumentation, Measurements, and Sensors at the 2000 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, November 5-10, 2000, Orlando, Florida, USA
[31]Pan C. S., "A Simple Microstructure Serves as a Material Characterization Structure”, will appear to the Internal Symposium on Smart structures and Microsystems, Oct. 19-21, 2000, in the Jockey Club, Hong Kong.
[32]Fedder G K and Howe R T, “Thermal Assembly of Polysilicon Microstructures”, Proc. Micro Electro Mechanical Systems (Nara), pp.63-68, 1991.
[33]Wen-Hwa Chut, Mehran Mehregany and Robert L Mullen, “Analysis of tip deflection and force of a bimetallic cantilever microactuator” J. Micromech. Microeng. 3, 1993, pp.4-7
[34]歐憲璋,”熱動式微致動器尺寸最佳化之探討”, 成功大學工程科學系碩士論文,民89
[35]Baltes H., “CMOS vacuum sensors and other application of CMOS thermopiles”, 7th Int. Conf. Solid-State Sensors and Actuators (Transducers’ 93), Yokohama, Japan, June 7-10, 1993, pp.736-741.
[36]Lenggenhager R. and Baltes H., “Improved thermoelectric infared sensor using double poly CMOS technology”, 7th Int. Conf. Solid-State Sensors and Actuators (Transducers’ 93), Yokohama, Japan, June 7-10, 1993, pp.1008-1011.

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
1. 劉淑惠,國民黨黨內提名方式的演變(1950~1994),國家政策雙周刊,第92期, 1994年4月。
2. 鄧榮進,美國國會的政黨團結投票,美國月刊,第八卷第三期,1993年3月。
3. 葛永光,政黨提名制度:幾個概念性問題的探討,理論與政策,1995年夏季號。
4. 葛永光,強化百年政黨的選舉競爭能力,近代中國,1995年7月。
5. 葛永光,「選舉機器」的理論建構─兼論國民黨的黨務改造方向,理論與政策,1996年夏季號。
6. 彭錦鵬,人才與民意是改造成功的關鍵,政策月刊,第60期,2000年7月。
7. 彭堅汶,中華國民黨的屬性演變與中華民國的政治發展,近代中國,1993年9月
8. 鄒篤麒,「以黨領政」或「以政領黨」:中國國民黨黨政運作原型之研究,空大行政學報,1994 年5月。
9. 葉堂宇,創造競爭優勢的電子化政黨,政策月刊,第60期,2000年7月。
10. 郭秋慶,德國聯邦眾院黨團運作的經驗與借鏡,美歐月刊,第九卷第十二期, 1994。
11. 吳重禮,國民黨初選制度效應的再評估,選舉研究,第五卷第二期,1999。
12. 吳東野,西方國家的政黨政治理念與運作,問題與研究,第30卷第6期,1991年6月。
13. 周育仁,以具體行動落實黨的再造─民主化、年輕化、形象化,政策月刊,第60期,2000年七月。
14. 沈玄池,對國民黨改造案之析評,政策月刊,第60期,台北:政策月刊出版社,2000年7月。
15. 王業立,我國政黨提名制度之研究,政治學報,第27期,台北:中國政治學會,1996。
 
系統版面圖檔 系統版面圖檔