NanoTR
Time Domain ThermoreflectanceThermoreflectance ist eine Methode zur Bestimmung der Temperaturleitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit von Proben mit Dicken im Nano- und Mikrometer-Bereich.Thermoreflectance mittels Pulsed Light Heating
Highlights
Time Domain Thermoreflectance Methode - Die Laser Flash-Methode für dünne Schichten
Laser Flash Methode
Die etablierte Methode zur Bestimmung der TemperaturleitfähigkeitDie Temperaturleitfähigkeit (a mit der Einheit mm2/s) ist eine materialabhängige Stoffeigenschaft zur Charakterisierung des instationären Wärmetransports. Sie gibt an, wie schnell ein Material auf eine Temperaturänderung reagiert.Temperaturleitfähigkeit
Die Kenntnis der thermischen Eigenschaften, insbesondere der thermophysikalischen Eigenschaften, gewinnt in der modernen Industrie zunehmend an Bedeutung.
Die thermophysikalischen Eigenschaften sind Voraussetzung z.B. bei der Entwicklung von wärmeableitenden Materialien für kleinste Elektronikbauteile, thermoelektrischen Materialien zur nachhaltigen Energienutzung, Isolationsmaterialien zur Energieeinsparung, TBC (Wärmedämmschichte, engl. thermal barrier coatings) für Turbinenschaufeln sowie für den sicheren Betrieb von Atomkraftwerken.
Bei den thermophysikalischen Eigenschaften ist die WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit von sehr großer Bedeutung.
Sie kann mittels der etablierten Laser Flash-Methode (LFA) über die Temperaturleitfähigkeit zuverlässig und präzise bestimmt werden. Typische Probendicken liegen im Bereich zwischen 50 μm und 10 mm.
NETZSCH ist ein weltweit führender Gerätehersteller, speziell von Laser-Flash-Analysatoren zur Untersuchung der thermophysikalischen Eigenschaften. Die LFA-Systeme werden in den Bereichen Keramik, Metalle, Polymere, nukleare Forschung usw. eingesetzt.
Mit zunehmendem Fortschritt im Design elektronischer Geräte und der damit verbundenen Nachfrage nach einem effizienten Wärmemanagement sind präzise Messungen der Temperatur-/Wärmeleitfähigkeit im Nanometerbereich wichtiger als jemals zuvor.
Das National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Japan, hat darauf bereits in den frühen 90iger-Jahren mit der Entwicklung einer “pulsed light heating ThermoreflectanceThermoreflectance ist eine Methode zur Bestimmung der Temperaturleitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit von Proben mit Dicken im Nano- und Mikrometer-Bereich.thermoreflectance“-Methode reagiert. Sie ermöglicht die absolute Messung der Temperaturleitfähigkeit dünner Schichten im Dickenbereich von einigen 10 µm bis in den Nanometerbereich.
Methode
Time Domain Thermoreflectance Methods – The Laser Flash method for thin films
Die moderne Signalverarbeitungstechnologie der NanoTR erlaubt Hochgeschwindigkeitsmessungen. Mit dieser Thermoreflectance-Apparatur wird ein Laserpuls mit einer Pulsbreite von 1 ns periodisch (20 μs) auf die Probe aufgebracht.
Die resultierende Temperaturansprechzeit wird über den CW-Laser (Probe-Laser) ermittelt. Das ausgezeichnete Signal-Rausch-Verhältnis basiert auf der zeitgleichen Verarbeitung der vielen Einzelsignale (in-situ). Mittels Software kann einfach zwischen den RF- und FF-Konfigurationen umgeschaltet werden und erlaubt somit eine große Probenvielfalt und Flexibilität.
Die NanoTR stimmt mit den japanischen Industriestandards JIS R 1689 und JIS R 1690 und SI überein und ist rückführbar mittels dem von AIST gelieferten „Thin Film Standard of Heat Diffusion Time“ (CRM 5808A).
Spezifikationen
| Pump Laser | Pulsbreite Wellenlänge Strahlendurchmesser | 1 ns 1550 nm 100 μm |
| Probe Laser | Pulsbreite Wellenlänge Strahlendurchmesser | kontinuierlich 785 nm 50 μm |
| Messwerte | Temperaturleitfähigkeit und Wärmeeindringkoeffizienten, Wärmewiderstand von Zwischenschichten | |
| Probenschichtdicke (RF-Methode) | Harz Keramik Metall | 30 nm ... 2 μm 300 nm ... 5 μm 1 μm ... 20 μm |
| Probenschichtdicke (FF-Methode) | Dicker als 1 μm | |
| Substrate | Material Größe Dicke | Lichtundurchlässig/transparent 10 ... 20 mm quadratisch 1 mm max. |
| Temperaturleitfähigkeit | Reichweite | 0.01 ... 1000 mm²/s |
| Genauigkeit | ± 6,2 % mit einer Messzeit von 40 min, für CRM 5808A im RF-Modus, 400 nm Dicke | |
| Reproduzierbarkeit | ± 5% | |
| Software | Berechnung der thermischen Eigenschaften, Mehrschichtanalyse, Datenbank |
Software
In-situ-Display und Analysieren von 100.000 Schüssen
Die moderne Mess-/Analysesoftware von NanoTR/PicoTR bietet eine anwenderfreundliche Benutzeroberfläche, die die genaue Bestimmung der thermischen Eigenschaften von dünnen Schichten zulässt. Die Fokussierung des Laserstrahls wird über die Software mittels CCD-Kamera eingestellt.
Die NanoTR/PicoTR-Software läuft unter Microsoft Windows.
Der Plot zeigt, dass eine Messkurve in einer Messzeit von 1 μs erhalten werden kann.
Liefert Ergebnisse in nur wenigen Minuten
Verwandte Geräte
- PicoTR
Time Domain Thermoreflectance mittels Pulsed Light Heating
- Pulsbreite: 0.5 ps
- 10 nm ... 900 nm Probendicke
- 0.01 ... 1000 mm²/s Reichweite
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