2D phonon thermal transport in thin SiN film
Authors
Date
2019Copyright
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Tässä tutkielmassa suunnitellaan, valmistetaan ja kokeillaan uudenlaista suprajohde-
normaalimetalli-suprajohde (SNS) lämmintintä. Uutta lämmittimessä on sen geometria, jonka on tarkoitus tehdä mittaustulosten analysoinnista helpompaa kuin aiemmin.
SNS liitoksen käyttäminen lämmittimenä suprajohde-eriste-normaalimetalli-eriste-
suprajohde (SINIS) liitoksen sijaan antaa suuremman tehoalueen tutkittavaksi, sillä
SNS liitos on kestävämpi kuin herkkä SINIS liitos. Lisäksi SNS liitoksen etuna on se,
että lämpöenergia emittoidaan koko normaalimetallista, kun taas SINIS liitokseen
perustuvassa lämmittimessä suurin osa emissiosta tapahtuu tunneliliitoksen alueella.
Työssä käytettiin jo aiemmista kokeista tuttua SINIS liitokseen perustuvaa lämpömittaria, mutta liitos oli hieman pienempi kuin aiemmin. SNS ja SINIS liitokset
valmistettiin itsekantavan SiN kalvon päälle.
Valmistusprosessien optimoinnin jälkeen SiN kalvolle valmisettu näyte mitattiin
lämmittämällä kavoa ja samanaikaisesti mitaten kalvon lämpötilaa. Mittauksista
saatiin selville SiN kalvon lämmönjohtuvuus, tosin ensimmäinen mitattava näyte
ei ollut täydellisen onnistunut ja mittauksessa oli selviä virhelähteitä. Kaikki erot
aiempiin mittauksiiin pyrittiin selittämään ja pääosin tulokset olivat samassa linjassa
aiempien tulosten kanssa. Kun mittauksiin liittyvät ongelmat saatiin korjattua, olivat
uudet mittaustulokset hyviä. Lisäksi lämmöjohtumisen simulaatiomalliin tehtiin
muutoksia, jolloin kokeelliset tulokset sopivat lähes täydellisesti yhteen simulaation
kanssa. Tulevaisuudessa vastaavanlaiset mittaukset suoritetaan ohuemmille SiN
kalvoille ja fononikiderakenteille.
...
This thesis contains the design, fabrication and initial tests for a new type of a
superconductor-normal metal-superconductor (SNS) heater element. The novel
part is the heater geometry, which should make the heating experiment analysis
simpler than previously. Also utilizing the SNS junction as a heater instead of a
superconductor-insulator-normal metal-insulator-superconductor (SINIS) junction
was different compared to the previous experiments. The SNS heater allows greater
power range compared to the SINIS heater, beacause SNS junctions are more robust
compared to SINIS junctions. Also the heat is emitted from the normal metal,
whereas in SINIS heaters most of the heat is emitted from the junction area. In this
work the thermometer was a typical SINIS junction with a bit smaller dimensions
than in previous experiments. SINIS and SNS junctions were fabricated on top of a
suspended SiN membrane.
After the fabrication processes were optimized, the thermal conductance of a SiN
membrane sample was measured. The first results were promising although the data
was aquired by using a non-ideal sample and non-ideal measurement setup. All
differences to previously measures samples were explained. Once all issues with the
measauremnts were solved the experiments were run again with good results. In
addition some modifications to the simulation model were done. The experimental
results agreed well with the updated simulation model. Also the heating experiment
will be performed for thinner SiN membranes and for a phononic crystal structure in
the future.
...
Keywords
Metadata
Show full item recordCollections
- Pro gradu -tutkielmat [28992]
Related items
Showing items with similar title or keywords.
-
Engineering thermal conductance using a two-dimensional phononic crystal
Zen, Nobuyuki; Puurtinen, Tuomas; Isotalo, Tero; Chaudhuri, Saumyadip; Maasilta, Ilari (Nature Publishing Group, 2014)Abstract. Controlling thermal transport has become relevant in recent years. Traditionally, this control has been achieved by tuning the scattering of phonons by including various types of scattering centres in the material ... -
Minimizing Coherent Thermal Conductance by Controlling the Periodicity of Two-Dimensional Phononic Crystals
Tian, Yaolan; Puurtinen, Tuomas A.; Geng, Zhuoran; Maasilta, Ilari J. (American Physical Society, 2019)Periodic hole-array phononic crystals (PnCs) can strongly modify phonon dispersion relations and have been shown to influence thermal conductance coherently, especially at low temperatures where bulk scattering is suppressed. ... -
Low-Temperature Coherent Thermal Conduction in Thin Phononic Crystal Membranes
Puurtinen, Tuomas; Maasilta, Ilari (MDPI, 2016)In recent years, the idea of controlling phonon thermal transport coherently using phononic crystals has been introduced. Here, we extend our previous numerical studies of ballistic low-temperature heat transport in ... -
Fabrication of 3-D phononic crystals for thermal transport management
Savytskyi, Mykhailo (2016)Thermal transport is an important physical phenomenon, and it has recently become even more relevant for the reduction of energy losses and the increase of efficiency in novel devices based on thermoelectricity [1]. ... -
Computational and theoretical studies on lattice thermal conductivity and thermal properties of silicon clathrates
Härkönen, Ville (University of Jyväskylä, 2016)The lattice thermal conductivity is usually an intrinsic property in the study of thermoelectricity. In particular, relatively low lattice thermal conductivity is usually a desired feature when higher thermoelectric efficiency ...