低温下固体接触热阻与接触电阻的实验研究

在低温工程中,两个接触固体之间存在着接触热阻与接触电阻,将对低温实验中热量及电流的传输产生显著的影响,是进行低温下物性研究的关键。自行研制了一套可同步实现固体接触热阻和接触电阻的测量装置,该系统具有较高的精度,可实现外界力、温度等对接触热阻的测量,同时具备接触电阻的实时测量功能。在此基础上,开展了外界压力、温度、电流对接触热阻和接触电阻的实验研究。实验结果显示:随着压力的增大,接触热阻与接触电阻随之减小;低温下,随着温度的增大接触热阻与接触电阻增大,接触电阻增大的速率要比接触热阻快。温度平衡时,20mA范围内的电流变化对接触电阻的影响显著,对接触热阻影响非常小。当界面温度达到室温后,首次观测到接触热阻和接触电阻会随着温度的增大而减小。     

碳纤维与热沉间接触热阻随温度变化的实验研究

由于微纳米材料特征尺寸小,难以测量其与热沉间的接触热阻。本文利用拉曼光谱测量不同温度下单根PAN基碳纤维的热导率及其与导电银胶、焊锡和硅油间的接触热阻。结果表明,在实验温度范围内其热导率随温度的降低而增大;接触热阻随温度的变化规律与接触物质有关。     

HL-2M 环向场线圈水冷数值模拟与分析

建立了环向场线圈的水冷计算模型,根据热传导和对流换热方程进行了数值模拟分析。计算结果表明：指形接头与铜板的界面接触热阻和接触电阻对指形接头的温升影响较大,但在平顶电流为140kA 及其电流平顶7s 时,由焦耳热引起的最高温升40℃以下,故环向场线圈的温度均不会超过80℃,且15min 后TF 线圈温度均降至30℃以下。在平顶电流为190kA 时,线圈通电持续时间可根据界面实测接触热阻、接触电阻以及线圈初始温度来确定。     

交叉圆柱节点接触热阻的理论和实验研究

本文基于弹性变形模型计算了准稳态"T"形法中热线与待测线间接触面的几何尺寸。在椭球坐标系下,建立了交叉圆柱间接触热阻的理论计算模型。利用准稳态实验系统,在100～300K温度范围内测量了交叉圆柱间干节点的接触热阻。结果表明,如果考虑热线弯曲变形的影响,理论预测得到的接触热阻与实验值吻合较好,且均随温度升高而减小。     

接触热阻对水冷辉光放电电极温度分布影响的数值模拟

为了研究接触热阻对陶瓷绝缘水冷辉光放电电极温度及其分布的影响，利用计算流体动力学软件ANSYSCFX，模拟了电极表面温度、温差随氮化铝陶瓷与两侧铜导体之间接触热阻的变化。模拟结果表明：随着接触热阻的增大，氮化铝陶瓷与铜接触界面的温度跳变幅度增大，辉光放电电极整体温度上升，并且辉光放电电极表面的最高温度和最大温差均随之呈现指数上升的变化趋势。     

玻璃钢低温下导热及接触热阻的实验研究

利用稳态法测试了固体复合材料在不同温度下的导热系数及复合材料与铜之间的接触热租。在90K~300K的温度范围内,固体复合材料导热系数随温度的提高而增大,而当温度上升时,接触热阻降低,温度大于100K时,热阻变化较小。     

基于CMY模型改进的界面热阻模型及其应用

导热膏填充的接触界面热阻由接触热阻和间隙热阻两部分组成。本文采用截锥体接触的单热流通道模型代替CMY模型中的圆盘接触的单热流通道模型,推导出了改进的接触热阻计算公式。本文还结合间隙热阻的计算公式,得到了一种改进的导热膏填充的接触界面热阻模型。通过分析得出了如下结论:对于使用导热膏填充的接触界面的热阻而言,其主要影响因素为接触表面的粗糙度和导热膏的导热系数,而接触界面间压力对其的影响则相对较小。     

空间相机接触热阻的计算

为了解决空间相机接触热阻难以确定的问题,从接触面传导和辐射换热的角度考虑,给出了其接触热阻的计算方法。根据空间相机的材料、加工、装配及其特殊运行环境,得到一个合理的接触系数范围。以空间相机的正视相机为例,对其结构进行合理的简化,利用I-DEAS/TMG热分析模块建立有限元模型,仿真计算了低温稳态平衡工况,考查了热阻波动对温度分布的影响。正视相机热分析计算结果和热环境模拟试验数据较为吻合,最大偏差为0.45℃。研究结果表明,该接触热阻计算方法合理,可以预测太空环境中干接触的精密加工表面间的接触热阻。     

高温超导直接冷却的氮化铝与无氧铜接触界面热阻的实验研究

氮化铝(AlN)具有高热导性、高电绝缘性,是超导二元电流引线热截流结构中常用的材料之一。根据稳态导热法建立低温真空实验装置,实验研究了超导冷却系统热截流结构中,界面温度和接触压力对AlN块材与无氧铜(OFHC-Cu)块材间接触界面热阻的影响。在实验温度(90K-210K)和压力(0.273MPa-0.985MPa)条件下,AlN/OFHC-Cu接触界面热阻随接触压力的提高而降低,而当界面温度上升时界面热阻由于热载子热运动的强化而降低,温度较高时,接触界面热阻随压力变化的速率趋缓。低温下AlN/OFHC-Cu间的接触界面热阻是直接冷却超导系统的设计和超导系统的热稳定性方面必需解决的问题。     

接触热阻的蒙特卡罗法模拟

 用蒙特卡罗随机模拟法计算了固体接触界面间的接触热阻。取服从高斯分布的随机数作为粗糙峰高度，分别对每个粗糙峰计算出单点接触热阻，再并联所有单点接触热阻得到总的接触热阻。修正了“积分法”的理论结果且与发表的文献数据相符。     

考虑界面接触热阻的一维复合结构的热整流机理

建立了考虑变截面、变热导率及界面接触热阻效应的组合热整流结构的温度场及热整流系数的理论模型和有限元解.数值算例证明了本文模型及算法的可靠性,进而通过参数影响研究确定了若干几何及材料参数对结构热整流系数的影响规律,揭示界面接触热阻对热整流效果的影响机理.研究结果表明长度比、截面半径变化率、热导率、边界条件温差和界面接触热阻等因素必须通过优化设计才能得到最大的热整流系数,同时界面接触热阻的引入也为调控热整流系数提供了一条新的途径.     

测定双层组合介质接触热阻

 当激光辐照双层固体组合介质的外表面时，在变物性及界面接触热阻不变的条件下，数值计算了介质内部温度场时空分布。实验测定该双层介质背面对应点的温度曲线，与数值计算的结果进行比较，从而确定介质界面间的接触热阻。     

基于粗糙度曲线统计特征的接触热阻模型

本文在对粗糙度曲线统计特征分析的基础上,提出了一种接触热阻的计算模型。分别采用四种接触峰的评定标准,对实际机械加工表面的接触热阻进行了计算。研究结果表明,评定标准的选取直接影响接触热阻的计算结果;在同一接触峰评定标准下,两块平均粗糙度值相差较大的表面,其接触热阻计算值的离散区域也有可能重叠。所以,在计算接触热阻时,仅仅使用一两个平均化的粗糙度统计参数来表征整个表面的形貌特征是不够的。     

微小区域热场的测试与分析

本文用显微热成像系统测量微小区域的表面温度和用数值模拟方法分析微小区域内的温度分布，对被测表面进行了发射率标定和环境辐射修正，三维稳态数值模拟着重考虑了界面接触热阻的处理。文中用以上手段分析了场效应功率器件的热可靠性。     

Study on the measurement accuracy of circular transmission line model for low-resistance Ohmic contacts on III-V wide band-gap semiconductors

The accuracy and error propagation for determining the low specific contact resistance of Ohmic contacts on III-V wide band-gap semiconductors based on the circular transmission line model have been analyzed and the validity of this method is discussed in detail. The accuracy is more susceptible to the factors including data fitting method, electrical measurement technique and contact area correction. By using the equations of the original circular transmission line model to extract the fitting parameters, the calculation accuracy is much improved and the inapplicability of the linear least-square fitting is prevented. To further improve the accuracy, a four-probe current-voltage measurement technique was adopted to reduce the parasitic series resistances and the uncertainty bound, especially for the Ohmic contact with low sheet resistance of the semiconductor. Moreover, we have studied the size effect of contact pads of patterns and demonstrated that contact area correction is necessary for the semiconductor with high sheet resistance. A comprehensive error analysis is also performed to fully understand all the impact factors on this advanced method of specific contact resistance measurement, which is benefit for device performance evaluation and failure analysis.