Теоретическое и экспериментальное исследование тепловой проводимости контактов твердых тел с поверхностными пленками

• Автор: Викулов, Дмитрий Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 190 с. : ил.

Содержание
Обозначения и сокращения
Введение
1. Современное состояние теоретических и экспериментальных исследований
по тепловым и электрическим контактам
1.1. Краткий обзор работ по контактному теплообмену
1.2. Классификация контактных явлений
1.3. Термоэлектрическое взаимодействие в контакте металл-металл
1.4. Термоэлектрическая аналогия в контакте металл-металл
1.5. Термоэлектрическое взаимодействие в контакте металл-полупроводник
1.6. Термическое сопротивление в контакте твердых тел
1.7. Асимметрия теплового потока 4 В
1.8. Тепловая проводимость наносисгем
1.9. Теплоперенос в нанопленках
Выводы по главе
2. Метод обобщенных сопротивлений
2.1. Термодинамический анализ аналогии электрической и тепловой проводимости
2.2. Взаимодействие электрической и электронной тепловой проводимости
2.3. Обобщенные сопротивления контактов твердых тел
2.4. Физико-математический смысл контактных сопротивлений
Выводы по главе
3. Влияние поверхностных пленок на электрическую и тепловую
проводимость контактов металлов
3.1. Влияние поверхностных пленок на электрическое сопротивление металлического контакта
3.2. Потенциальный барьер на границе пленки с металлом
3.3. Электрическая проводимость поверхностных пленок
3.4. Определение толщины поверхностных пленок по электрической проводимости симметричного металлического контакта

3.5. Электронная тепловая проводимость поверхностных пленок
3.6. Регулирование электронной тепловой проводимости при помощи сверхрешеток на основе контактов металл-полупроводник
Выводы по главе
4. Модель одиночного канала н ее применение для тепловых н электрических расчетов реальных соединений
4.1. Образование сопротивлений стягивания в возмущенной зоне
4.2. Аналитические приближения модели одиночного канала
4.3. Функция стягивания
4.4. Функция формы
4.5. Сопротивления стягивания в реальных контактах твердых тел
4.6. Связь аналитических моделей одиночного канала с термомеханическим состоянием реальных систем
4.7. Использование метода обобщенных сопротивлений для взаимного преобразования полуэмпирических выражений термических и
электрических сопротивлений стягивания
Выводы по главе
5. Экспериментальные исследования электронной тепловой ироводнмости металлического контакта с поверхностными полупроводниковыми
пленками
5.1. Соотношение электронной и фононной теплопроводности в
контакте Ме-пленка-Ме
5.2. Экспериментальное исследование асимметрии теплового потока в
контакте металла и полупроводника
5.2.1. Цель и задачи эксперимента
5.2.2. Экспериментальная установка и методика проведения
эксперимента
5.2.3. Тепловая асимметрия в тесном контакте Л1
5.2.4. Вычисление погрешности измерения плотности теплового потока
5.3. Экспериментальное исследование электрического и теплового сопротивлений поверхностной пленки оксида алюминия в контакте А1-
А1203-А1
5.3.1. Цель и задачи эксперимента

5.3.2. Измерительная схема и рабочий участок установки
5.3.3. Система автоматизации измерений
5.3.4. Соотношение полной и электронной теплопроводности металлов
5.3.5. Расчет электрического и теплового сопротивлений стягивания от номинальной площади к контурной
5.3.6. Расчет электрического и теплового сопротивлений стягивания от контурной площади к фактической
5.3.7. Расчет электрического и теплового сопротивлений стягивания от номинальной площади к фактической
5.3.8. Электрическое и тепловое сопротивления электронной проводимости полупроводниковой пленки п-типа с омической проводимостью в интерфейсе Ме-п-Ме
5.3.9. Результаты экспериментального исследования электрического и теплового сопротивлений поверхностной пленки оксида алюминия в контакте А1-А120з-А1
5.3.10. Расчет погрешностей
Выводы по главе
6. Применение терморегулирующих устройств на основе контактов металл-полупроводник
6.1. Перспективы внедрения терморегулирующих устройств на основе
контактов металл-полупроводник
6.2. Пример применения терморегулирующих: панелей с диодной тепловой проводимостью для обеспечения теплового режима космического аппарата 177 Выводы по главе
Выводы
Список литературы

где термические сопротивления пленок Я,ь{, Л,)1/ 2 определяются отношением их средних толщин /д , 8/ г к теплопроводностям ЛГ1, Л/2:

''/а
А ,
(1.29)
А/1 Л
Для нахождения средних толщин пленок может быть использован метод, основанный на измерении электрического сопротивления контакта [65].
При необходимости проведения тепловых расчетов повышенной точности в схему, изображенную на рис. 4, добавляются сопротивления тесных контактов на каждой границе двух материалов. Однако из-за малых значений этих сопротивлений связанные с ними экспериментальные исследования затруднены, а теоретические методы их расчета только появляются в литературе [66]. Термическое сопротивление тесного контакта может быть определено как величина, равная:

<*,<,12 ~
6 У' +8?

1 3 к V А , К V Рг
(1.30)
где NА- постоянная Авогадро, моль'1; М,, М2- молярные массы, кг/моль; Я,, Л2-теплопроводности, Вт/(м-К); моль; р,, р2- плотности материалов «1» и «2», кг/м3.
Поскольку термическое сопротивление тесного контакта (~ 10'п м2-К/Вт) на несколько порядков меньше сопротивления стягивания (~ 104 м2К/Вт), именно эффект стягивания определяет контактную термическую проводимость при отсутствии среды в зазорах. Термическое сопротивление стягивания может быть представлено произведением отношения толщины возмущенной зоны 8т к теплопроводности Л и функции Ф, зависящей от соотношения фактической и номинальной площадей [67]:
й, =-2-ф:
ік,сп д
I Я Аг
“8|ТТ

*АД> .р
7Г_

(1.31)
где Я1П ~ 0,5 107- количество молекулярных слоев в возмущенной зоне, которое изменяется в зависимости от материала; &с- толщина мономолекулярного (атомного) слоя, м. Тогда

1 1 Г Мх V
<*,6
N І Д>
Яшс1Щ
п 2А,
(1-32)