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Design, simulation, and optimization of micromachined sensor devices often require accurate knowledge of thermal thin-film properties, e. g., for PECVD-Si3N4. These thermal parameters can differ considerably from those stated for bulk material and they are typically process-dependent. We developed a novel method to determine the thermal conductivity as well as the heat capacity of such thin-films based on a micromachined cantilever device. In this contribution, we describe a newly devised test device together with the associated extraction procedure and report on an experimental verification for a dielectric PECVD silicon nitride thin-film.

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Die genaue Analyse einer neuartigen Methode zur experimentellen Bestimmung der Wä rmeleitfä higkeit dü nner Schichten aus dielektrischen Materialien hat gezeigt, dass die Wä rmeabstrahlung bei solchen Messungen nicht generell vernachlä ssigt werden darf. Mit einem Finite-Elemente-Modell, das die Abstrahlung durch eine effektive Emissivitä t der Oberflä che als Anpassungsparameter berü cksichtigt, erzielt man hingegen sehr gute Ü bereinstimmung mit den Messergebnissen. In dieser Arbeit wird nachgewiesen, dass dieser Wert der effektiven Emissivitä t mit den Absorptionsdaten der dielektrischen Schicht im Einklang steht. Auf der Grundlage der prä sentierten Berechnungsmethode ist die Abschä tzung der Emissivitä t von flä chenhaften Dü nnschicht-Bauelementen mö glich. Umgekehrt ist aufgrund der bestä tigten Modellvorstellungen die Entwicklung neuer experimenteller Methoden zur Bestimmung der effektiven Emissivitä t als auch der Wä rmeleitfä higkeit mö glich. Schlü sselwö rter: Emissivitä t; Siliziumnitrid; Siliziumdioxid; SandwichschichtenOn the emissivity of partially transparent dielectric layers.The examination of a new experimental method for the determination of the thermal conductivity of thin dielectric layers revealed that thermal radiation may interfere with such measurements. Using an effective emissivity parameter to account for radiative heat loss, an excellent agreement between measurement and related finite element models is achieved. This paper deals with the successful attempt to confirm the mentioned model based on calculations of the emissivity of thin, partially transparent film from infrared absorption data. A reasonable agreement of the emissivity estimates obtained by the different approaches is achieved. Hence, the emissivity of new designs of thin-film devices may be calculated in advance based on infrared absorption data. Futhermore, the presented calculations enable the development of appropriate devices for the determination of the effective emissivity and the thermal conductivity.