Time Domain Thermoreflectance-Analysatoren

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 und 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 dünnen Proben mit Dicken im Nano- und Mikrometerbereich.

Die LFA-Methode kann typischerweise auf Proben mit einer Dicke zwischen 0,1 und 6 mm angewandt werden. Allerdings sind mit dem steigenden Fortschritt im Design elektronischer Geräte und der damit verbundenen Nachfrage nach einem effizienten thermischen Management präzise Messungen von Temperaturleitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Übergangskontaktwiderstand im Nanometerbereich wichtiger als jemals zuvor. In diesem Anwendungsbereich liegen die Materialien in einem Dickenbereich zwischen 10 nm und 20 µm vor. Sie kommen in Phasenwechsel-Speichern, thermoelektrischen Dünnschichten, Leuchtdioden, dielektrischen Zwischenschichten und liegen auch in Form von transparenten leitfähigen Folien vor.

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Unsere Time Domain Thermoreflectance Analysatoren

Entdecken Sie die NETZSCH TDTR-Produktpalette

PicoTR
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
- Pulsbreite: 0,5 ps
- Probendicke: 10 nm ... 900 nm
- Reichweite: 0,01 ... 1000 mm²/s
NanoTR
Time Domain Thermoreflectance mittels Pulsed Light Heating
- Pulsbreite 1 ns
- Probendicke: 30 nm ... 20 μm
- Reichweite: 0,01 ... 1000 mm²/s

Vorteile der NETZSCH TDTR-Geräte

Die NETZSCH Time Domain Thermoreflectance-(TDTR) Analysegeräte ermöglichen die präzise, zerstörungsfreie thermische Charakterisierung von ultradünnen Schichten und Grenzflächen mit einer Dicke von wenigen Nanometern bis zu mehreren zehn Mikrometern. Mithilfe ultraschneller Laserimpulse liefern diese Analysatoren innerhalb weniger Minuten genaue Daten zu Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und thermischem Grenzflächenwiderstand – selbst bei empfindlichen oder strukturierten Proben.

Messung ultradünner Schichten
Genaue Ergebnisse zur Temperaturleitfähigkeit/Wärmeleitfähigkeit für Schichten von wenigen Nanometern bis zu mehreren zehn Mikrometern.
Berührungslos und zerstörungsfrei
Die ultraschnelle Laserheizung/-detektion schont empfindliche Oberflächen.
RF- und FF-Konfigurationen
NanoTR und PicoTR können sowohl für RF- (Aufheizung Rückseite/Detektion Vorderseite) als auch für FF-Messungen (Aufheizung Vorderseite/Detektion Vorderseite) konfiguriert werden.
Vielseitig
Funktioniert mit lichtundurchlässigen und transparenten Proben über Vorder- oder Rückseitenaufheiz-Detektionsmodi.
Schnell und umfassend
Bestimmt die Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit und den thermischen Grenzflächenwiderstand in wenigen Minuten.
Standardisiert und zuverlässig
Entspricht JIS R 1689/1690 für rückverfolgbare Ergebnisse.
Größter Dickenbereich
In Kombination mit unseren LFA-Geräten können wir Lösungen für dünne Schichten im Nanometerbereich bis hin zu Bulkmaterialien im Millimeterbereich anbieten.

Lange Lebensdauer

Hochwertiges Analysegerät mit langer Ersatzteilverfügbarkeit und bestem Service

Immer für Sie da

Direkter Kontakt zu Ihren NETZSCH Experten aus Service, Labor, Schulung und Vertrieb

Proven Excellence im Service

Wir unterstützen Ihr NETZSCH Analysegerät über den gesamten Lebenszyklus

Die TDTR Methode

Schematische Darstellung eines Thermoreflectance-Messaufbaus zur Analyse dünner Filme mit Probe- und Pump-Laser. — Abbildung: Aufbau der Thermoreflectance Messung

Diagramm zur Wärmeleitfähigkeit: Vergleich der Diffusionszeiten von PicoTR, NanoTR und anderen LFA-Systemen. — Abbildung: `NanoTR` und `PicoTR` können zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit im Nanometerbereich eingesetzt werden.

Thermoreflectance durch Aufheizung mittels Laserpuls

Im Gegensatz zur konventionellen Laser Flash-Methode wird kein Infrarot-Detektor verwendet, um den Temperaturanstieg in der Probe nach einem kurzen Laserpuls zu messen. Stattdessen wird die temperaturabhängige Reflektivität einer Oberfläche genutzt, um Temperaturänderungen auf den Oberflächen zu detektieren.

Bei dem Verfahren wird eine dünne Schicht (auf einem Substrat oder freitragend) mit einem kurzen Laserpuls (Pump-Laser) aufgeheizt. Gleichzeitig werden Vorder- oder Rückseite der Probe mit einem weiteren Laser (Probe-Laser) kontinuierlich bestrahlt. Das Laserlicht des Probe-Lasers wird von der Oberfläche reflektiert und zum Detektor geleitet. Der Absolutwert der Spannungsänderung im Detektor ist proportional zur Temperaturänderung der Schichtoberfläche. Eine Modellrechnung auf Basis der Spannungsänderung ergibt die Zeit der Wärmediffusion und Temperaturleitfähigkeit der untersuchten dünnen Schichten.

Die Wärmediffusionszeit (t) ist abhängig von der Dicke (d) und Temperaturleitfähigkeit (a). Die möglichen Zeitbereiche verschiedener Methoden sind in Abbildung 1 zu sehen. Die untere Grenze für die LFA 467 liegt z.B. bei ~500 µs, was den Messzeiten an einer Kupferfolie mit einer Dicke von 200 µm bei Raumtemperatur entspricht. Im Gegensatz dazu kann die Pico TR (Pico-Second Thermoreflectance-Apparatur) beispielsweise eine Molybdänschicht mit einer Dicke von 100 nm messen. Für Applikationen (Schichtdicken und Diffusionszeite), die zwischen der LFA und PicoTR liegen, steht die kosteneffektive NanoTR (Nano-Second Thermoreflectance-Apparatur) zur Verfügung.

A person with blue gloves holds a circuit board showcasing intricate copper pathways and soldered connections, emphasizing precision in technology.

Wärmemanagement von Dünnschichten

Das National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Japan, reagierte bereits Anfang der 90er Jahre mit der Entwicklung einer "Thermoreflectance-Methode mit Laserpuls" auf die Anforderungen der Industrie. Die PicoTherm Corporation wurde 2008 mit der Einführung des Nanosekunden-Gerätes "NanoTR" und des Pikosekunden-Geräts "PicoTR" gegründet. Diese ermöglichen absolute Messungen der Temperaturleitfähigkeit besonders dünner Schichten in einem Dickenbereich von mehreren 10 μm bis in den Nanometerbereich.

Im Oktober 2020 wurde PicoTherm als Tochterunternehmen von NETZSCH Japan in die NETZSCH Gruppe aufgenommen. Durch Kombination mit unseren LFA-Systemen bieten wir Ihnen die perfekte Lösung für Dünnschichten im Nanometerbereich bis hin zu Massengut im mm-Bereich.

Häufig gestellte Fragen

NanoTR vs. PicoTR – Wichtige Unterschiede

1. Zeitauflösung & Messbereich

NanoTR arbeitet mit einer Zeitauflösung im Nanosekunden-Bereich (ns) und ist ideal für dickere Dünnschichten von mehreren Mikrometern bis hinunter zu einigen zehn Nanometern.

PicoTR arbeitet mit einer Zeitauflösung im Pikosekunden-Bereich (ps) und ermöglicht präzise Messungen von ultradünnen Schichten ab einigen zehn Nanometern bis zu einigen hundert Nanometern.

2. Laserspezifikationen

NanoTR: Pump-Laser ~1 ns Pulsbreite, 1550 nm Wellenlänge, ~100 µm Strahldurchmesser; Probe-Laser kontinuierlich (Continuous Wave) bei 785 nm, ~50 µm Strahldurchmesser.

PicoTR: Pump-Laser ~0,5 ps Pulsbreite, 1550 nm Wellenlänge, ~45 µm Strahldurchmesser; Probe-Laser ~0,5 ps Pulse bei 775 nm, ~25 µm Strahldurchmesser.

3. Probendicken-Kompatibilität (RF-Modus)

NanoTR: Harze: ~30 nm bis 2 µm I Keramiken: ~300 nm bis 5 µm I Metalle: ~1 µm bis 20 µm

PicoTR: Harze: ~10 nm bis 100 nm I Keramiken: ~10 nm bis 300 nm I Metalle: ~100 nm bis 900 nm

4. Messgeschwindigkeit

NanoTR: Sehr schnell – Ergebnisse in Sekunden (< 30 s).

PicoTR: Schnell – Ergebnisse in Minuten (< 5 min).

5. Einsatz & Flexibilität

Beide Systeme unterstützen Frontheizung/Frontdetektion (FF) und Rückseitenheizung/Frontdetektion (RF) für opake oder transparente Substrate.
Sie liefern absolute Messungen und entsprechen den Normen JIS R 1689 und JIS R 1690 für zuverlässige Werte zur Wärmeleitfähigkeit von Dünnschichten und zum thermischen Grenzflächenwiderstand.

Welches System sollten Sie wählen?

NanoTR: Die beste Wahl, wenn Sie mit dickeren Dünnschichten (vom Mikrometerbereich bis ~100 nm) arbeiten und ultraschnelle Ergebnisse in Sekunden benötigen. Ideal für Routine-Qualitätskontrollen und F&E, bei denen Geschwindigkeit und Flexibilität entscheidend sind.

PicoTR: Die beste Wahl, wenn Sie ultradünne Schichten (bis ~10 nm) mit höchster zeitlicher Präzision analysieren müssen. Optimal für anspruchsvolle Forschung, High-End-Materialien und Anwendungen, bei denen jeder Nanometer zählt.

Tipp: Viele Labore nutzen beide Systeme – NanoTR für schnelle Messungen dickerer Schichten und PicoTR für höchste Präzision bei den dünnsten Schichten – und decken so den gesamten Bereich von Nanometern bis Mikrometern ab. Sprechen Sie uns gern direkt an und wir finden gemeinsam die für Sie passende Lösung.

Tabellen-Vergleich:

Merkmal	`NanoTR`	`PicoTR`
Zeitauflösung	Nanosekunden (ns)	Pikosekunden (ps)
Ideale Schichtdicke	Dickere Schichten (30nm~20µm)	Ultradünne Schichten (10–900 nm)
Messgeschwindigkeit	Sekunden	Minuten
Strahldurchmesser (Pump/Probe)	~100 µm / ~50 µm	~45 µm / ~25 µm
Messmodi	RF & FF	RF & FF
Normkonformität	JIS R 1689 / JIS R 1690	JIS R 1689 / JIS R 1690

Anwendungsgebiete für Thermoreflectance

Die Steuerung des Wärmeflusses in modernen Geräten beginnt mit dem Verständnis des Verhaltens von Dünnschichten und Grenzflächen. Die Analysegeräte NanoTR und PicoTR verwenden die Thermoreflectance-Methode (TDTR) zur präzisen, berührungslosen Messung der Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und thermischen Grenzflächenwiderstände in Schichten mit einer Dicke von wenigen Nanometern bis zu mehreren Mikrometern. Ganz gleich, ob Sie Mikroelektronik der nächsten Generation entwickeln, die Effizienz von LEDs verbessern oder Batteriematerialien optimieren möchten – diese Geräte liefern Ihnen die erforderlichen Daten für die Entwicklung von Materialien und Systemen mit hervorragender Wärmeleistung.

Typische Anwendungen:

LED- und Lasergeräte
- Messung der Wärmeleitfähigkeit von Epitaxieschichten und Substraten
- Grenzflächenwiderstandsanalyse für Wärmeverteilungsschichten
Dünnschichtbeschichtungen
- Thermisches Verhalten von optischen Beschichtungen, Hartbeschichtungen und Schutzschichten
- Überprüfung der Schichtgleichmäßigkeit auf Wafern oder Substraten
Thermoelektrische Materialien
- Bewertung von dünnschichtigen thermoelektrischen Elementen zur Effizienzoptimierung
Datenspeicherung und Photonik
- Wärmemanagement in magnetischen Speicherschichten und photonischen Komponenten
Batterie- und Energiematerialien
- Thermische Eigenschaften von dünnen Elektrodenbeschichtungen, Separatoren und Festelektrolytschichten
Forschung
- Materialauswahl für Nanotechnologie, fortschrittliche Verbundwerkstoffe und neuartige Funktionsfolien
- Untersuchungen zum thermischen Grenzflächenwiderstand (Kapitza-Widerstand) in Mehrschichtsystemen