NanoTR
Θερμοανακλαστικότητα στο πεδίο του χρόνου μέσω θέρμανσης με παλμικό φως
Κύρια σημεία
Η μέθοδος για τον προσδιορισμό της θερμικής διαχυτότητας στην περιοχή πάχους των νανομέτρων
Μέθοδοι θερμικής ανάκλασης στο πεδίο του χρόνου
Η μέθοδος για τον προσδιορισμό της θερμικής διαχυτότητας στην περιοχή πάχους νανομέτρων
Με τη σημαντική πρόοδο στον σχεδιασμό των ηλεκτρονικών συσκευών και τη συνακόλουθη ανάγκη για αποτελεσματική θερμική διαχείριση, οι ακριβείς μετρήσεις της θερμικής διάχυσης/θερμικής αγωγιμότητας στην περιοχή των νανομέτρων είναι περισσότερο από ποτέ ζωτικής σημασίας.
Το Εθνικό Ινστιτούτο Προηγμένης Βιομηχανικής Επιστήμης και Τεχνολογίας (AIST) της Ιαπωνίας 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", η οποία επιτρέπει 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 υλικά χύδην στην περιοχή των mm.
Με τη σημαντική πρόοδο στο σχεδιασμό των ηλεκτρονικών συσκευών και τη σχετική ανάγκη για αποτελεσματική θερμική διαχείριση, οι ακριβείς μετρήσεις της θερμικής διάχυσης/θερμικής αγωγιμότητας στην περιοχή των νανομέτρων είναι περισσότερο από ποτέ ζωτικής σημασίας.
Το Εθνικό Ινστιτούτο Προηγμένης Βιομηχανικής Επιστήμης και Τεχνολογίας (AIST) της Ιαπωνίας ανταποκρίθηκε ήδη στις βιομηχανικές απαιτήσεις με την ανάπτυξη μιας "μεθόδου θερμικής ανάκλασης 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", η οποία επιτρέπει απόλυτες μετρήσεις της θερμικής διαχυτότητας λεπτών υμενίων σε ένα εύρος πάχους από μερικά 10 μm έως και την περιοχή των νανομέτρων.
Μέθοδος
Μέθοδοι θερμικής ανάκλασης στο πεδίο του χρόνου - Η μέθοδος Laser Flash για λεπτά υμένια
NanoTRη τεχνολογία επεξεργασίας σήματος τελευταίας τεχνολογίας επιτρέπει μετρήσεις υψηλής ταχύτητας. Με αυτή τη συσκευή θερμικής ανάκλασης, ένας παλμός λέιζερ πλάτους παλμού 1 ns ακτινοβολείται περιοδικά (20 μs) στο δείγμα.
Η προκύπτουσα απόκριση θερμοκρασίας εφαρμόζεται σε ένα λέιζερ CW (λέιζερ ανιχνευτή). Εξαιρετικός λόγος s/n μπορεί να επιτευχθεί με ολοκλήρωση υψηλής ταχύτητας των επαναλαμβανόμενων σημάτων. Μπορεί εύκολα να γίνει εναλλαγή μεταξύ των διαμορφώσεων RF και FF μέσω του λογισμικού για μεγάλη ποικιλία δειγμάτων.
NanoTR είναι σύμφωνο με τα JIS R 1689, JIS R 1690, και SI ιχνηλάσιμο από το πρότυπο λεπτών υμενίων του χρόνου διάχυσης θερμότητας (RM1301-a), που παρέχεται από την AIST.
Μέθοδοι θερμικής ανάκλασης
Μέθοδος Ultrafast Laser Flash - Πίσω θέρμανση/Μπροστινή ανίχνευση (RF)
Προσδιορισμός της θερμικής διαχυτότητας και της διεπιφανειακής θερμικής αντίστασης
Το γεγονός ότι οι θερμοφυσικές ιδιότητες των λεπτών στρωμάτων και των υμενίων διαφέρουν σημαντικά από εκείνες του αντίστοιχου υλικού όγκου απαιτεί μια τεχνική που να ξεπερνά τους περιορισμούς της μεθόδου classical laser flash (LFA). Αυτή η λεγόµενη τεχνική υπερταχείας αναλαµπής λέιζερ είναι επίσης γνωστή ως µέθοδος οπίσθιας θέρµανσης/πρόσθιας ανίχνευσης.
Η διάταξη µέτρησης είναι παρόµοια µε τη συµβατική LFA: ο ανιχνευτής και το λέιζερ βρίσκονται σε αντίθετες πλευρές του δείγµατος, το οποίο βρίσκεται πάνω σε διαφανές υπόστρωµα. Η μετρούμενη θερμική διαχυτότητα είναι η συνιστώσα μέσω του πάχους κάθετα στην επιφάνεια του δείγματος. Το λέιζερ άντλησης ακτινοβολεί την πίσω πλευρά του δείγματος.
Καθώς το δείγμα θερμαίνεται, η επιφανειακή θερμοδιαχυτότητα μεταβάλλεται. Η θερμική διαχυτότητα υπολογίζεται από την αύξηση της θερμοκρασίας (κάτω διάγραμμα). Εδώ, η θερμική διαχυτότητα ενός λεπτού μεταλλικού υμενίου (Mo) προσδιορίστηκε σε 1,59 - 10-5m2/s.
Θερμοανάκλαση στο πεδίο του χρόνου - Μπροστινή θέρμανση/ανίχνευση μετώπου (FF)
Προσδιορισμός της θερμικής διάχυσης και της θερμικής απόδοσης
Εκτός από τη μέθοδο RF, οι μετρήσεις μπορούν επίσης να πραγματοποιηθούν σε διαμόρφωση μετωπικής θέρμανσης/μετωπικής ανίχνευσης (FF). Ο όρος "εμπρός" αναφέρεται στην ανοικτή επιφάνεια του λεπτού υμενίου που εναποτίθεται σε ένα υπόστρωμα, ενώ ο όρος "πίσω" αναφέρεται στο όριο μεταξύ του λεπτού υμενίου και του υποστρώματος.
Στη διάταξη μέτρησης FF (επάνω εικόνα), ο ανιχνευτής και το λέιζερ βρίσκονται στην ίδια πλευρά του δείγματος. Μια περιοχή της εμπρόσθιας όψης του λεπτού υμενίου με διάμετρο μερικές δεκάδες μικρόμετρα θερμαίνεται από ένα λέιζερ αντλίας και ένα λέιζερ ανιχνευτή στοχεύει στην ίδια θέση. Παρατηρείται η μεταβολή της επιφανειακής θερμοκρασίας.
Η μέθοδος αυτή μπορεί να εφαρμοστεί σε λεπτά στρώματα σε μη διαφανή υποστρώματα για τα οποία η τεχνική RF δεν είναι κατάλληλη.
Στο παράδειγμα στα αριστερά, η θερμική διαχυτότητα ενός λεπτού μεταλλικού υμενίου (Mo) προσδιορίστηκε σε 1,61 - 10-5 m2/s με την εφαρμογή της μεθόδου FF. Τα αποτελέσματα αποδεικνύουν την υψηλή συμφωνία μεταξύ των μεθόδων RF και FF (απόκλιση < 2%).
NanoTR είναι σύμφωνα με τις προδιαγραφές JIS R 1689, JIS R 1690 και SI ιχνηλατήσιμη από το πρότυπο λεπτού υμενίου του χρόνου διάχυσης θερμότητας (RM1301-a), που παρέχεται από την AIST.
- JIS R 1689 "Προσδιορισμός του συντελεστή θερμικής διάχυσης λεπτών κεραμικών υμενίων με τη μέθοδο θερμικής ανάκλασης με τη θέρμανση με παλμικό φως"
- JIS R 1690 "Προσδιορισμός της διεπιφανειακής θερμικής αντίστασης μεταξύ λεπτού κεραμικού φιλμ και μεταλλικού φιλμ"
"Μέθοδοι θερμικής ανάκλασης με παλμική θέρμανση φωτός για μετρήσεις θερμοφυσικών ιδιοτήτων λεπτών υμενίων"
Tetsuya BABA
"Ανάπτυξη υλικού αναφοράς λεπτών υμενίων για τη θερμική διαχυτότητα"
Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Tetsuya BABA
"Άμεση παρατήρηση της μεταφοράς θερμικής ενέργειας διαμέσου του λεπτού μεταλλικού υμενίου σε υποστρώματα πυριτίου με την τεχνική θερμοανακλαστικότητας ανίχνευσης μετώπου οπίσθιας θέρμανσης"
Shakhawat H. FIROZ, Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Kazuko ISHIKAWA, Tetsuya BABA
"Μέτρηση του συντελεστή θερμικής διάχυσης σε κυψελίδα αμόνι από διαμάντι με τη χρήση τεχνικής θερμικής ανάκλασης παλμών φωτός"
Takashi YAGI, Tetsuya BABA, et al.
Προδιαγραφές
| NanoTR | ||
|---|---|---|
| Λέιζερ αντλίας | Πλάτος παλμού Μήκος κύματος Διάμετρος δέσμης | 1 ns 1550 nm 100 μm |
| Λέιζερ ανιχνευτή | Πλάτος παλμού Μήκος κύματος Διάμετρος δέσμης | συνεχής 785 nm 50 μm |
| Στοιχεία μέτρησης | Θερμική διάχυση και απόδοση, διεπιφανειακή αντίσταση | |
| Πάχος υμενίου δείγματος (μέθοδος RF) | Ρητίνη Κεραμικά Μέταλλο | 30 nm ... 2 μm 300 nm ... 5 μm 1 μm ... 20 μm |
| Πάχος υμενίου δείγματος (μέθοδος FF) | Πάχος μεγαλύτερο από 1 μm | |
| Υπόστρωμα | Υλικό Μέγεθος Πάχος | Αδιαφανές/Διαφανές 10 ... 20 mm τετράγωνο 1 mm max. |
| Συντελεστής θερμικής διάχυσης | Εύρος | 0.01 ... 1000 mm²/s |
| Ακρίβεια | ± 6,2% με χρόνο μέτρησης 40 λεπτά, για CRM 5808A σε λειτουργία RF, πάχος 400 nm | |
| Επαναληψιμότητα | ± 5% | |
| Λογισμικό | Υπολογισμός θερμικών ιδιοτήτων, ανάλυση πολυστρωματικών στρώσεων, βάση δεδομένων |
Λογισμικό
Επί τόπου προβολή και ανάλυση 100.000 shots
Το υπερσύγχρονο λογισμικό μέτρησης/ανάλυσης του NanoTR/PicoTR διαθέτει ένα εύχρηστο περιβάλλον εργασίας χρήστη που επιτρέπει τον ακριβή προσδιορισμό των θερμικών ιδιοτήτων των λεπτών υμενίων. Η εστίαση της δέσμης λέιζερ μπορεί να ρυθμιστεί από το λογισμικό και να ληφθεί εικόνα CCD.
NanoTR/PicoTR το λογισμικό εκτελείται υπό Microsoft Windows.
Το διάγραμμα δείχνει ότι σε χρόνο μέτρησης 1 μs μπορεί να ληφθεί μία καμπύλη μέτρησης.
Λήψη αποτελεσμάτων σε λίγα λεπτά
Σχετικές συσκευές
