광열편향법을 이용한 박막 두께에 따른 열전도계수의 변화 측정 - 김진화 (The Graduate School, Ajou University, 2008)
최근 다양한 재료들이 여러 산업에서 새롭게 응용되면서 각 재료의 열물성 측정에 대한 관심이 증대되고 있다. 열물성 측정을 위해 기존에는 접촉식 방법이 주로 이용되었다. 그러나 접촉식 측정방법은 접촉 열저항 등으로 인한 오차가 수반되고 때에 따라서는 측정시편의 파괴가 이루어지기도 한다. 따라서 본 연구에서는 접촉 열저항 등으로 인한 오차를 줄이고 시편의 손상이 없는 비접촉식 열물성 측정 방법을 고려하였고 그 중 하나인 광열효과를 이용한 방법으로 열물성을 측정하였다. 광열효과란 재료에 광에너지를 조사시켜 이를 재료가 흡수함에 따라 열에너지로 바뀌고 이 열에너지에 의해 재료에 물리적 변화를 일으키는 것을 말한다. 광열효과를 이용한 측정기술은 광열변위법(Photothermal displacement method)과 광열편향법(Photothermal deflection method)으로 나뉘어 질 수 있는데 이중 광열편향법은 검사빔을 재료에 직접 반사시키지 않아 다층구조의 박막재료의 열물성 측정에 적합하다. 광열편향법은 측정하고자 하는 재료의 표면에 평행하게 검사빔(probe beam)을 조사시켜 광열효과를 일으킨 재료 주변의 공기층의 변화를 측정하여 재료의 열물성을 측정하는 방법이다. 우선 실험 준비과정에서 실험 재료의 열확산계수와 두께, 변조주파수가 인자로 포함되어 있는 열확산길이를 고려하고 이것이 실험결과에 미치는 영향을 조사하여 각 재료의 측정에 적합한 실험조건을 검색하였다. 측정대상으로는 최근 산업에 급속히 응용되면서 재료의 두께가 열물성에 미치는 영향에 대한 고찰을 필요로 하는 마이크로/나노급 두께를 가지는 박막재료인 알루미늄 박막과 산화티타늄(TiO2)박막, 질화실리콘(Si3N4)박막의 열전도계수도 측정하였다. 각 재료별로 여러 두께의 시편을 측정함으로써 두께에 따라 열전도계수가 변하는 현상을 관찰하였다.
학위논문(석사)----아주대학교 일반대학원 :기계공학과,2008. 2
Keywords: 광열편향법; 열전도계수; 박막두께