TDTR

Tidsdomæne-termoreflektans-analysator

TermoreflektansTermoreflektans er en metode til at bestemme den termiske diffusivitet og varmeledningsevne i tynde film med tykkelser i nanometerområdet.Termoreflektans er en metode til at bestemme Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheden mm2/s) er en materialespecifik egenskab til karakterisering af ustabil varmeledning. Denne værdi beskriver, hvor hurtigt et materiale reagerer på en temperaturændring.termisk diffusivitet og Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.termisk ledningsevne af tynde film med tykkelser i nanometerområdet.

National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) i Japan reagerede allerede på industriens behov med udviklingen af en "termoreflektansmetode med pulserende lysopvarmning" i begyndelsen af 90'erne. PicoTherm Corporation blev etableret i 2008 med lanceringen af et nano-sekund termoreflektansapparat "NanoTR" og et pico-sekunds termoreflektansapparat "PicoTR", som giver mulighed for absolutte målinger af den termiske diffusivitet af tynde film i et tykkelsesområde på flere 10 μm ned i nanometerområdet.

I oktober 2020 blev PicoTherm en del af NETZSCH Group som et datterselskab af NETZSCH Japan. I kombination med vores LFA-systemer kan NETZSCH nu tilbyde en løsning til tynde film i nanometerområdet og op til bulkmaterialer i mm-området.

Termorefleksion ved opvarmning med pulserende lys

I modsætning til den konventionelle laserblitzmetode bruges der ikke nogen infrarød detektor til at måle temperaturstigningen i prøven efter en kort laserpuls. I stedet bruges en overflades temperaturafhængige refleksionsevne til at generere målesignalet (spændingsændring).

Den tynde film opvarmes med en kort laserpuls (pumpelaser). Samtidig er en ekstra laser (probelaser) tændt kontinuerligt. Laserlyset fra sondelaseren reflekteres af filmens overflade til detektoren. Den absolutte værdi af spændingsændringen i detektoren er proportional med temperaturændringen på filmens overflade. En modelberegning på basis af spændingsændringen (termogram) giver den termiske diffusionstid og den termiske diffusivitet for tynde film.

Den termiske diffusionstid (t) er afhængig af tykkelsen (d) og den termiske diffusivitet (a). De mulige intervaller for termisk diffusionstid kan ses i figur 1. Den nedre grænse for LFA 467 er f.eks. ~500 µs, hvilket kan sammenlignes med en kobberplade med en tykkelse på 200 µm. I modsætning til dette er PicoTR (pico-second thermoreflectance apparatus) i stand til at måle en molybdænfilm med en tykkelse på 100 µm. Til anvendelser i området mellem LFA og PicoTRer det mere omkostningseffektive NanoTR (nano-second thermoreflectance apparatus) til rådighed.