Glossar

Thermoreflectance

Thermoreflectance ist eine 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 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 Proben mit Dicken im Nano- und Mikrometer-Bereich.

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 (Thermogramm) ergibt die thermische Diffusionszeit und Temperaturleitfähigkeit der untersuchten dünnen Schichten.

Die thermische Diffusionszeit (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 PicoTR (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. 

NETZSCH Thermoreflectance Systems