随着微纳加工工艺的发展，微电子器件已迈入纳米电子学的尺度门槛，至2012年最先进的CMOS器件特征尺度已接近16 nm。微纳器件局促的工作空间放大了热耗散问题，对器件进行有效热管理的前提是性能优异的强大局域热测量手段，但受尺度影响，微纳器件局域热测量发展仍不成熟，该领域存在大量重要的科学与工程问题。　　其中一个问题是，器件工作特征需要使用二维动态温度分布测量直接表征，但传统方法无法获得多层基片或封装后成品器件的局域动态温度分布特征。第二个问题是，微纳器件逐渐多元化发展、柔性电子器件、非MOS器件，或一些特殊器件大量出现。多元化的器件发展要求更简洁灵活、具有较弱工艺依赖性与较强通用性的局域热测量方法。研究一种简单、可原位测量的量热工具，填补该空白，也变得日益紧迫。　　本论文主要着力在以上两个问题上探讨，研究了基于埋入式薄膜热电偶及其阵列的新型局域热测量方法与器件。　　本文首先发展了镍-铬薄膜热电偶及其阵列，证明其具有大规模工业应用潜力。通过校准大量100 nm厚规格的镍铬薄膜热电偶，本文得到其温度传感系数稳定在26.2±1.5μV/K左右，测量分辨率明显优于100 mK;通过测量从20μm×20μm至3μm×3μm不同结区面积的器件，发现薄膜热电偶温度传感系数与基底及结区大小无明显关系。薄膜热电偶阵列传感器间性能相对标准差极低，仅为约0.31％。以良好性能为前提，本文首次提出一种利用埋入式薄膜热电偶阵列测量二维动态热分布的新方法，实测结果与有限元仿真结果吻合良好。　　由于性能稳定优良，镍-铬薄膜热电偶及其阵列在微纳量热领域具有大规模应用前景。本文结合片上应用仔细讨论了与选材、器件布局、阵列密度、冷端处理和多路复用等有关的一系列关键问题，并展示了薄膜热电偶阵列在动态热流密度测量、热点定位追溯等方面的多功能潜力。通过新型继电器阵列专用电路与相关软件设计，本文利用埋入式阵列首次实现了局域二维动态热分布实时测量的原型器件。　　针对微纳器件多元化对更灵活简洁量热手段的需求，本文详细介绍了一种仅由单层金属构成的新型薄膜热电偶，并命名其为SMTC。100μm-3μm规格的镍或钨构成的SMTC温度传感系数约为1μV/K，钯或铂的SMTC温度传感系数分别约为0.4μV/K与0.1μV/K，它们的测量精度均为1K左右。在700μm×700μm局域开发的8×8 SMTC阵列成功实现了典型微纳器件埋入式量热功能。另外，钨与铂SMTC在室温至750K的温区内均有良好输出特性，具有高温或超高温应用潜力。由于工艺简单，通用性强，且采用改变材料等方法可明显改善SMTC温度传感系数，SMTC可能发展为一族崭新的埋入式量热或多功能器件。　　最后，基于普通薄膜热电偶器件及SMTC器件，本文在更小尺度探讨了其应用潜力。在5μm×5μm局域开发的3×3铬-金薄膜热电偶阵列是已知最小尺度热电偶阵列，达到500 nm原位空间分辨率;分辨率同样达到500 nm甚至更高的钯或钨的SMTC也具有较高温度传感系数，是一种崭新的纳米尺度原位量热工具。它们在纳米器件局域量热或纳米材料热学性能表征等方面具有宽阔的发展空间。