نانو تي آر/بيكو تي آر

Highlights

Method

Specifications

Software

Contact

Media

Highlights

The Method for the Determination of Thermal Diffusivity in the Thickness Range of Nanometer

Time Domain Thermoreflectance Methods

The Method for the Determination of Thermal Diffusivity in the Thickness Range of Nanometer

With the significant progress in the design of electronic devices and the associated need for an efficient thermal management, accurate thermal diffusivity / thermal conductivity measurements in the nanometer range are more than ever crucial.

The National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Japan, already responded to industrial requirements with the development of a “pulsed light heating thermoreflectance method” in the early 90’s. PicoTherm Corporation was established in 2008 with the launch of a nano-second thermoreflectance apparatus “NanoTR” and a pico-second thermoreflectance apparatus “PicoTR”, which allows for absolute measurements of the thermal diffusivity of thin films in a thickness range of several 10 μm down into the nanometer range.

In October 2020, PicoTherm joined the NETZSCH Group as a subsidiary of NETZSCH Japan. In combination with our LFA systems, NETZSCH can now offer the solution for thin films in the nanometer range up to bulk materials in the range of mm.

Thin film ribbon cable thermal conductivity testing

طرق الانعكاس الحراري للمجال الزمني - طريقة الوميض الليزري للأغشية الرقيقة

طريقة الوميض بالليزر

الطريقة الأكثر رسوخًا لتحديد الانتشار الحراري

في الصناعات الحديثة، تصبح معرفة الخواص الحرارية، وتحديداً الخواص الفيزيائية الحرارية، أكثر أهمية. فهي مطلوبة، على سبيل المثال، لتطوير مواد إطلاق الحرارة للإلكترونيات المتقدمة والمصغرة، والمواد الكهروحرارية كطاقة مستدامة، والمواد العازلة لتوفير الطاقة، وطلاءات الحاجز الحراري لشفرات التوربينات، والتشغيل الآمن للمحطات النووية، إلخ.

من بين الخواص الفيزيائية الحرارية، تعتبر الموصلية الحرارية ذات أهمية قصوى. يمكن تحقيق تحديد الانتشار الحراري/التوصيل الحراري باستخدام طريقة الوميض الليزري (LFA) المعمول بها. هذه الطريقة معروفة منذ سنوات عديدة بتقديم نتائج موثوقة ودقيقة. وتتراوح سماكة العينة عادةً من 50 ميكرومتر إلى 10 مم.

NETZSCH هي شركة رائدة عالميًا في مجال تصنيع أدوات اختبار الخصائص الفيزيائية الحرارية، وتحديدًا أجهزة تحليل وميض الليزر. تُستخدم أنظمة LFA هذه في مجالات السيراميك والمعادن والبوليمرات والأبحاث النووية وغيرها.

طرق الانعكاس الحراري للمجال الزمني

طريقة تحديد الانتشار الحراري في نطاق سُمك النانومتر النانومتري

مع التقدم الكبير في تصميم الأجهزة الإلكترونية وما يرتبط به من حاجة إلى إدارة حرارية فعالة، أصبحت قياسات الانتشار الحراري/التوصيل الحراري الدقيقة في نطاق النانومتر أكثر أهمية من أي وقت مضى.

وقد استجاب المعهد الوطني للعلوم والتكنولوجيا الصناعية المتقدمة (AIST) باليابان بالفعل للمتطلبات الصناعية من خلال تطوير "طريقة الانعكاس الحراري بالتسخين الضوئي النبضي" في أوائل التسعينيات. تأسست شركة PicoTherm Corporation في عام 2008 مع إطلاق جهاز الانعكاس الحراري بالنانو ثانية "NanoTR" وجهاز الانعكاس الحراري بالبيكو ثانية "PicoTR"، والذي يسمح بإجراء قياسات مطلقة للانتشار الحراري للأغشية الرقيقة في نطاق سمك يبلغ عدة 10 ميكرومتر وصولاً إلى نطاق النانومتر.

في أكتوبر 2020، انضمت شركة PicoTherm إلى مجموعة NETZSCH كشركة تابعة لشركة NETZSCH اليابان. وبالاقتران مع أنظمة LFA الخاصة بنا، يمكن لـ NETZSCH الآن تقديم الحل للأغشية الرقيقة في نطاق النانومتر حتى المواد السائبة في نطاق المليمتر.

لماذا قياس الأغشية الرقيقة؟

تختلف الخصائص الحرارية للأغشية الرقيقة عن تلك الخاصة بالمواد السائبة

غالبًا ما تكون سماكة الأغشية الرقيقة النانومترية أقل من حجم الحبيبات النموذجي. وبالتالي، تختلف خواصها الفيزيائية الحرارية اختلافًا كبيرًا عن المواد السائبة.

الكتيب ورقة البيانات تسجيل الخدمة البريدية

Method

Time Domain Thermoreflectance Methods – The Laser Flash method for thin films

NanoTR’s state-of-the-art signal processing technology allows high speed measurements. With this thermoreflectance apparatus, a laser pulse of 1 ns pulse width is periodically (20 μs) irradiated to the sample.

The resulting temperature response is applied to a CW laser (probe laser). Excellent s/n ratio can be attained by high speed integration of repetitive signals. It can be easily switched between the RF and FF configurations though the software for a wide variety of samples.

NanoTR is in accordance with JIS R 1689, JIS R 1690, and SI traceable by the thin film standard of heat diffusion time (RM1301-a), supplied from AIST.

Prinzip der NETZSCH `NanoTR` Thermal Reflectance Methode

Thermoreflectance Methods

Ultrafast Laser Flash Method – Rear Heating/Front Detection (RF)

Determination of Thermal Diffusivity and Interfacial Thermal Resistance

The fact that the thermophysical properties of thin layers and films differ considerably from those of the corresponding bulk material requires a technique which overcomes the limitations of the classical laser flash method (LFA). This so-called ultrafast laser flash technique is also known as the rear heating/front detection method.
The measurement setup is similar to the conventional LFA: detector and laser are on opposite sides of the sample which is located on a transparent substrate. The measured thermal diffusivity is the component through the thickness perpendicular to the sample’s surface. The pump laser irradiates the sample’s rear side.

As the sample heats up, its surface thermoreflectance varies. The thermal diffusivity is calculated from the temperature rise (lower plot). Here, the thermal diffusivity of a thin metal film (Mo) was determined to 1.59 • 10^-5 m²/s.

RF configutation specifically for transparent substances

Temperature history curve and measured thermal diffusivity of Mo thin film (90 nm) with RF method

Time Domain Thermoreflectance - Front Heating/Front Detection (FF)

Determination of Thermal Diffusivity and Thermal Effusivity

In addition to the RF method, measurements can also be made in a front heating/front detection (FF) configuration. The term “front” refers to the open surface of the thin film deposited on a substrate, while “rear” refers to the boundary between the thin film and the substrate.

In the FF measurement setup (upper picture), the detector and laser are on the same side of the sample. An area of the front face of the thin film with a diameter of several tens of micrometers is heated by a pump laser, and a probe laser points at the same position. The change in the surface temperature is observed.

This method can be applied to thin layers on non-transparent substrates for which the RF technique is not suitable.

In the example on the left, the thermal diffusivity of a thin metal film (Mo) was determined to 1.61 • 10-5 m2/s by applying the FF method. The results prove the high agreement between RF and FF modes (deviation < 2%).

FF configuration specifically for opaque substrates

Temperature history curve and measured thermal diffusivity of Mo thin film (90 nm) with FF method

Specifications

Brochures and Data Sheets

Software

In-situ display and analyzing 100,000 shots

The state-of-the-art measurement/analysis software of NanoTR/PicoTR has an easy-to-handle user interface which allows for a precise determination of the thermal properties of thin films. The laser beam focusing can be adjusted by the software and CCD picture can be obtained.

NanoTR/PicoTR software runs under Microsoft Windows.

The plot shows that in 1 μs measurement time one measurement curve can be obtained.

Obtaining results in minutes

احصل على عرض مخصص الآن.

طلب عرض أسعار

طرق الانعكاس الحراري

طريقة وميض الليزر فائق السرعة - التسخين الخلفي/الكشف الأمامي (RF)

تحديد الانتشار الحراري والمقاومة الحرارية البينية

تتطلب حقيقة أن الخصائص الفيزيائية الحرارية للطبقات والأغشية الرقيقة تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك الخاصة بالمادة السائبة المقابلة لها تقنية تتغلب على قيود طريقة وميض الليزر الكلاسيكية (LFA). وتُعرف هذه التقنية المسماة بتقنية الوميض الليزري فائق السرعة أيضًا باسم طريقة التسخين الخلفي/الكشف الأمامي.

يتشابه إعداد القياس مع طريقة الوميض الليزري التقليدي: يوجد الكاشف والليزر على جوانب متقابلة من العينة الموجودة على ركيزة شفافة. الانتشار الحراري المقاس هو المكون من خلال السمك العمودي على سطح العينة. يشع ليزر المضخة الجانب الخلفي للعينة.

ومع ارتفاع درجة حرارة العينة، يتغير الانعكاس الحراري لسطحها. يتم حساب الانتشار الحراري من ارتفاع درجة الحرارة (الرسم البياني السفلي). وهنا، تم تحديد الانتشار الحراري للفيلم المعدني الرقيق (Mo) إلى 1.59 - ^10-5^م2/ث.

تكوين الترددات اللاسلكية خصيصًا للمواد الشفافة

منحنى تاريخ درجة الحرارة والانتشار الحراري المقاس للفيلم الرقيق Mo (90 نانومتر) بطريقة الترددات اللاسلكية

الانعكاس الحراري للمجال الزمني - التسخين الأمامي/الكشف الأمامي (FF)

تحديد الانتشار الحراري والانتفاذية الحرارية

بالإضافة إلى طريقة الترددات اللاسلكية، يمكن أيضًا إجراء القياسات في تكوين التسخين الأمامي/الكشف الأمامي (FF). يشير مصطلح "الجبهة" إلى السطح المفتوح للغشاء الرقيق المترسب على الركيزة، بينما يشير مصطلح "الخلفية" إلى الحد الفاصل بين الغشاء الرقيق والركيزة.

في إعداد قياس الوجه الأمامي (الصورة العلوية)، يكون الكاشف والليزر على نفس الجانب من العينة. يتم تسخين منطقة من الوجه الأمامي للغشاء الرقيق بقطر عدة عشرات من الميكرومترات بواسطة ليزر المضخة، ويتم توجيه ليزر مسبار في نفس الموضع. ويلاحظ التغير في درجة حرارة السطح.

يمكن تطبيق هذه الطريقة على الطبقات الرقيقة على ركائز غير شفافة لا تناسبها تقنية الترددات اللاسلكية.

في المثال الموجود على اليسار، تم تحديد الانتشار الحراري لطبقة معدنية رقيقة (Mo) إلى 1.61 - ^10-5^{م2/ثانية} بتطبيق طريقة الترددات اللاسلكية. تثبت النتائج الاتفاق الكبير بين طريقة الترددات اللاسلكية وطريقة FF (الانحراف < 2%).

منحنى تاريخ درجة الحرارة والانتشار الحراري المقاس للفيلم الرقيق Mo (90 نانومتر) بطريقة FF

مبدأ نانو تي آر

تسمح تقنية معالجة الإشارات المتطورة من NanoTR بقياسات عالية السرعة. باستخدام جهاز الانعكاس الحراري هذا، يتم تشعيع نبضة ليزر بعرض نبضة 1 نانوثانية بشكل دوري (20 ميكروثانية) على العينة. يتم تطبيق استجابة درجة الحرارة الناتجة على ليزر CW (ليزر مسبار). يمكن تحقيق نسبة s/n ممتازة من خلال التكامل عالي السرعة للإشارات المتكررة. يمكن تبديلها بسهولة بين تكوينات الترددات اللاسلكية والترددات اللاسلكية من خلال البرنامج لمجموعة متنوعة من العينات.

يتوافق جهاز NanoTR مع معيار JIS R 1689 وJIS R 1690، ومعيار SI القابل للتتبع بواسطة معيار زمن انتشار الحرارة الرقيق (RM1301-a)، المقدم من المعهد الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا.

مبدأ `PicoTR`

باستخدام محلل الانعكاس الحراري بيكو ثانية PicoTR، يتم تطبيق نبضات ليزر (ليزر المضخة) بعرض نبضة 0.5 ps على العينة بفترة زمنية قدرها 50 نانوثانية. يتم الكشف عن استجابة درجة الحرارة باستخدام ليزر المسبار.

يسمح جهاز PicoTR بالتبديل السهل بين وضع التردد اللاسلكي ووضع الترددات اللاسلكية من قبل المستخدم.

يتوافق PicoTR مع JIS R 1689 وJIS R 1690.

		نانو تي آر	بيكوTR
مضخة الليزر	عرض النبض طول الموجة قطر الحزمة قطر الشعاع	1 نانومتر 1550 نانومتر 100 ميكرومتر	0.5 ثوانٍ 1550 نانومتر 45 ميكرومتر
مسبار الليزر	عرض النبض طول الموجة قطر الشعاع قطر الشعاع	متواصل 785 نانومتر 50 ميكرومتر	0.5 ثوانٍ 775 نانومتر 25 ميكرومتر
عناصر القياس		الانتشار الحراري والانسيابية الحرارية، المقاومة البينية
سُمك غشاء العينة (طريقة الترددات اللاسلكية)	راتنج سيراميك معدن	30 نانومتر ... 2 ميكرومتر 300 نانومتر ... 5 ميكرومتر 1 ميكرومتر ... 20 ميكرومتر	10 نانومتر ... 100 نانومتر 10 نانومتر ... 300 نانومتر 100 نانومتر ... 900 نانومتر
سمك غشاء العينة (طريقة FF)		أكثر سمكًا من 1 ميكرومتر	أكثر سمكًا من 100 نانومتر
الركيزة	المادة الحجم السماكة	غير شفافة / شفافة 10 ... 20 مم مربع 1 مم كحد أقصى.
الانتشار الحراري	النطاق	0.01 ... 1000 مم²/ثانية
	الدقة	± 6.2% مع زمن قياس 40 دقيقة، لـ CRM 5808A في وضع الترددات اللاسلكية، سمك 400 نانومتر
	التكرار	± 5%
البرمجيات		حساب الخواص الحرارية، تحليل متعدد الطبقات، قاعدة بيانات

Related Devices

PicoTR
Time Domain Thermoreflectance using Pulsed Light Heating
- Pulse width: 0.5 ps
- 10 nm ... 900 nm Sample Thickness
- 0.01 ... 1000 mm²/s Range
LFA 467 HyperFlash^® 467
LFA 457 ميكروفلاش صغير الحجم