NanoTR
Termoreflektance v časové oblasti pomocí ohřevu pulzním světlem
Nejdůležitější informace
Metoda stanovení tepelné difuzivity v rozsahu tlouštěk nanometrů
Termoreflexní metody v časové oblasti
Metoda stanovení tepelné difuzivity v rozsahu tloušťky nanometrů
S výrazným pokrokem v konstrukci elektronických zařízení a s tím související potřebou účinného tepelného managementu je přesné měření tepelné difuzivity / tepelné vodivosti v rozsahu nanometrů více než kdy jindy klíčové.
Japonský Národní institut pokročilé průmyslové vědy a technologie (AIST) reagoval na požadavky průmyslu již počátkem 90. let vývojem "termoreflexní metody ohřevu pulzním světlem". V roce 2008 byla založena společnost PicoTherm Corporation, která uvedla na trh nanosekundový termoreflexní přístroj "NanoTR" a pikosekundový termoreflexní přístroj "PicoTR", které umožňují absolutní měření tepelné difuzivity tenkých vrstev v rozsahu tloušťky od několika 10 μm až do nanometrového rozsahu.
V říjnu 2020 se společnost PicoTherm připojila ke skupině NETZSCH jako dceřiná společnost NETZSCH Japan. V kombinaci s našimi systémy LFA může nyní NETZSCH nabídnout řešení pro tenké vrstvy v rozsahu nanometrů až po objemové materiály v rozsahu mm.
S výrazným pokrokem v konstrukci elektronických zařízení a související potřebou účinného tepelného managementu jsou přesná měření tepelné difuzivity / tepelné vodivosti v nanometrovém rozsahu důležitější než kdykoli předtím.
Japonský Národní institut pokročilé průmyslové vědy a technologie (AIST) reagoval na požadavky průmyslu již počátkem 90. let vývojem "termoreflexní metody ohřevu pulzním světlem". V roce 2008 byla založena společnost PicoTherm Corporation, která uvedla na trh nanosekundový termoreflexní přístroj "NanoTR" a pikosekundový termoreflexní přístroj "PicoTR", které umožňují absolutní měření tepelné difuzivity tenkých vrstev v rozsahu tloušťky od několika 10 μm až do nanometrového rozsahu.
Metoda
Termoreflexní metody v časové oblasti - metoda laserového záblesku pro tenké vrstvy
NanoTRnejmodernější technologie zpracování signálu umožňuje vysokorychlostní měření. U tohoto termoreflexního přístroje je vzorek periodicky (20 μs) ozařován laserovým pulsem o šířce 1 ns.
Výsledná teplotní odezva se aplikuje na CW laser (sondový laser). Vysokorychlostní integrací opakovaných signálů lze dosáhnout vynikajícího poměru s/n. Pomocí softwaru lze snadno přepínat mezi RF a FF konfigurací pro širokou škálu vzorků.
NanoTR je v souladu s normami JIS R 1689, JIS R 1690 a SI sledovatelný podle tenkovrstvého standardu doby difúze tepla (RM1301-a), dodávaného společností AIST.
Termoreflexní metody
Metoda ultrarychlého laserového záblesku - zadní ohřev/přední detekce (RF)
Stanovení tepelné difuzivity a mezifázového tepelného odporu
Skutečnost, že se termofyzikální vlastnosti tenkých vrstev a filmů značně liší od vlastností příslušného objemového materiálu, vyžaduje techniku, která překonává omezení klasické metody laserového záblesku (LFA). Tato takzvaná technika ultrarychlého laserového záblesku je také známá jako metoda zadního ohřevu/přední detekce.
Nastavení měření je podobné jako u klasické LFA: detektor a laser jsou na opačných stranách vzorku, který je umístěn na průhledném substrátu. Měřená Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.tepelná difuzivita je složka procházející tloušťkou kolmou k povrchu vzorku. Čerpací laser ozařuje zadní stranu vzorku.
Jak se vzorek zahřívá, mění se jeho povrchová TermoreflexeTermoreflexe je metoda pro stanovení tepelné difuzivity a tepelné vodivosti tenkých vrstev o tloušťce v rozmezí nanometrů.termoreflexe. Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.Tepelná difuzivita se vypočítá z nárůstu teploty (spodní graf). Zde byla stanovena Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.tepelná difuzivita tenké kovové vrstvy (Mo) na 1,59 - 10-5m2/s.
TermoreflexeTermoreflexe je metoda pro stanovení tepelné difuzivity a tepelné vodivosti tenkých vrstev o tloušťce v rozmezí nanometrů.Termoreflexe v časové doméně - přední ohřev/přední detekce (FF)
Stanovení tepelné difuzivity a tepelné účinnosti
Kromě metody RF lze měření provádět také v konfiguraci čelní ohřev/čelní detekce (FF). Termín "přední" označuje otevřený povrch tenké vrstvy nanesené na substrátu, zatímco "zadní" označuje hranici mezi tenkou vrstvou a substrátem.
V uspořádání měření FF (horní obrázek) jsou detektor a laser na stejné straně vzorku. Oblast přední strany tenké vrstvy o průměru několika desítek mikrometrů je zahřívána čerpacím laserem a na stejné místo míří laser sondy. Pozoruje se změna povrchové teploty.
Tuto metodu lze použít pro tenké vrstvy na netransparentních substrátech, pro které není RF technika vhodná.
V příkladu vlevo byla Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.tepelná difuzivita tenké kovové vrstvy (Mo) určena na 1,61 - 10-5 m2/s použitím metody FF. Výsledky dokazují vysokou shodu mezi RF a FF metodami (odchylka < 2 %).
NanoTR je v souladu s normami JIS R 1689, JIS R 1690 a SI sledovatelný podle tenkovrstvého standardu doby šíření tepla (RM1301-a), který dodává AIST.
- JIS R 1689 "Stanovení tepelné difuzivity jemných keramických vrstev termoreflexní metodou pulzního světelného ohřevu"
- JIS R 1690 "Stanovení mezifázového tepelného odporu mezi jemnou keramickou vrstvou a kovovou vrstvou"
"Termoreflexní metody světelného pulzního ohřevu pro měření termofyzikálních vlastností tenkých vrstev"
Tetsuya BABA
"Vývoj referenčního materiálu pro tepelnou difuzivitu tenkých vrstev"
Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Tetsuya BABA
"Přímé pozorování přenosu tepelné energie přes tenký kovový film na křemíkových substrátech pomocí termoreflexní techniky detekce zadního ohřívacího čela"
Shakhawat H. FIROZ, Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Kazuko ISHIKAWA, Tetsuya BABA
"Měření tepelné difuzivity v diamantové kovadlině pomocí termoreflexní techniky světelných pulzů"
Takashi YAGI, Tetsuya BABA, et al.
Specifikace
| NanoTR | ||
|---|---|---|
| Laserové čerpadlo | Šířka impulzu Délka vlny Průměr paprsku | 1 ns 1550 nm 100 μm |
| Laser sondy | Šířka impulzu Délka vlny Průměr paprsku | kontinuální 785 nm 50 μm |
| Měřicí položky | Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.Tepelná difuzivita a effusivita, mezifázový odpor | |
| Tloušťka vrstvy vzorku (RF metoda) | Pryskyřice Keramika Kov | 30 nm ... 2 μm 300 nm ... 5 μm 1 μm ... 20 μm |
| Tloušťka vrstvy vzorku (metoda FF) | Silnější než 1 μm | |
| Substrát | Materiál Velikost Tloušťka | Neprůhledný/průhledný 10 ... 20 mm čtvercový 1 mm max. |
| Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.Tepelná difuzivita | Rozsah | 0.01 ... 1000 mm²/s |
| Přesnost | ± 6,2 % při době měření 40 min, pro CRM 5808A v režimu RF, tloušťka 400 nm | |
| Opakovatelnost | ± 5% | |
| Software | Výpočet tepelných vlastností, vícevrstvá analýza, databáze |
Software
In-situ zobrazení a analýza 100 000 snímků
Nejmodernější měřicí/analytický software NanoTR/PicoTR má snadno ovladatelné uživatelské rozhraní, které umožňuje přesné stanovení tepelných vlastností tenkých vrstev. Pomocí softwaru lze nastavit zaostření laserového paprsku a získat obraz CCD.
NanoTR/PicoTR software běží pod operačním systémem Microsoft Windows.
Graf ukazuje, že za 1 μs času měření lze získat jednu měřicí křivku.
Získání výsledků během několika minut
Související zařízení
