TDTR

Αναλυτής θερμικής ανάκλασης στο πεδίο του χρόνου

Η θερμική ανάκλαση είναι μια μέθοδος για τον προσδιορισμό τηςθερμικής διαχυτότητας και της θερμικής αγωγιμότητας λεπτών υμενίων με πάχος στην περιοχή των νανομέτρων.

Το Εθνικό Ινστιτούτο Προηγμένης Βιομηχανικής Επιστήμης και Τεχνολογίας (AIST), Ιαπωνία, ανταποκρίθηκε ήδη στις βιομηχανικές απαιτήσεις με την ανάπτυξη μιας "μεθόδου θερμικής ανάκλασης με τη θέρμανση με παλμικό φως" στις αρχές της δεκαετίας του '90. Η εταιρεία PicoTherm Corporation ιδρύθηκε το 2008 με την κυκλοφορία μιας συσκευής θερμικής ανάκλασης νανοδευτερολέπτου "NanoTR" και μιας συσκευής θερμοανάκλασης πικοδευτερολέπτου "PicoTR", οι οποίες επιτρέπουν απόλυτες μετρήσεις της θερμικής διαχυτότητας λεπτών υμενίων σε ένα εύρος πάχους από μερικά 10 μm έως και την περιοχή των νανομέτρων.

Τον Οκτώβριο του 2020, η PicoTherm εντάχθηκε στον όμιλο NETZSCH ως θυγατρική της NETZSCH Japan. Σε συνδυασμό με τα συστήματα LFA, η NETZSCH μπορεί πλέον να προσφέρει τη λύση για λεπτά υμένια στην περιοχή των νανομέτρων έως και χύδην υλικά στην περιοχή των mm.

Θερμοανάκλαση με θέρμανση με παλμικό φως

Σε αντίθεση με τη συμβατική μέθοδο laser flash, δεν χρησιμοποιείται ανιχνευτής υπερύθρων για τη μέτρηση της αύξησης της θερμοκρασίας στο δείγμα μετά από ένα σύντομο παλμό laser. Αντ' αυτού, η εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία ανακλαστικότητα μιας επιφάνειας χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του σήματος μέτρησης (αλλαγή τάσης).

Το λεπτό υμένιο θερμαίνεται με έναν σύντομο παλμό λέιζερ (λέιζερ αντλίας). Ταυτόχρονα, ένα πρόσθετο λέιζερ (λέιζερ ανιχνευτή) παραμένει συνεχώς αναμμένο. Το φως λέιζερ του λέιζερ ανιχνευτή ανακλάται από την επιφάνεια του φιλμ στον ανιχνευτή. Η απόλυτη τιμή της μεταβολής της τάσης στον ανιχνευτή είναι ανάλογη της μεταβολής της θερμοκρασίας της επιφάνειας του φιλμ. Ένας υπολογισμός μοντέλου με βάση τη μεταβολή της τάσης (θερμογράφημα) δίνει το χρόνο θερμικής διάχυσης και τη θερμική διαχυτότητα των λεπτών υμενίων.

Ο χρόνος θερμικής διάχυσης (t) εξαρτάται από το πάχος (d) και τη θερμική διαχυτότητα (a). Στο σχήμα 1 φαίνονται τα πιθανά εύρη χρόνου θερμικής διάχυσης. Το κατώτερο όριο για το LFA 467, για παράδειγμα, είναι ~500 μs, το οποίο είναι συγκρίσιμο με μια πλάκα χαλκού με πάχος 200 μm. Σε αντίθεση με αυτό, το PicoTR (συσκευή θερμικής ανάκλασης πικοδευτερολέπτου) είναι σε θέση να μετρήσει ένα φιλμ μολυβδαινίου με πάχος 100 μm. Για εφαρµογές στην περιοχή µεταξύ των LFA και PicoTR, η οικονομικότερη NanoTR (συσκευή θερμικής ανάκλασης νανοδευτερολέπτου) είναι διαθέσιμη.