12.06.2023 by Aileen Sammler
NanoTR y PicoTR - Línea de instrumentos para la caracterización térmica de capas finas
La nanotecnología está adquiriendo una gran importancia en diversos campos. En los ámbitos de la comunicación, la medicina, el medio ambiente, la energía, la industria aeroespacial, etc., los fabricantes empaquetan cada vez más en espacios cada vez más pequeños, y el calor liberado se convierte en un problema cada vez mayor. Así pues, el conocimiento de las propiedades termofísicas de los materiales desempeña un papel fundamental para permitir un flujo de calor óptimo. Utilizando NETZSCH Métodos de TermorreflexiónLa termorreflexión es un método para determinar la difusividad térmica y la conductividad térmica de películas finas con espesores en el rango nanométrico.termorreflexión en el Dominio del tiempoUn análisis en el dominio del tiempo se basa en los cambios de las señales físicas relacionados con el tiempo. Un gráfico en el dominio del tiempo muestra cómo cambia una señal a lo largo del tiempo. En el caso de la termorreflexión o del método del destello láser, la señal del detector (cambio de tensión) se registra -como mínimo- en el intervalo de tiempo entre la entrada de energía y el máximo de la señal (por ejemplo, en el modo RF) o en función del tiempo previsto de difusión del calor (por ejemplo, en el modo FF).dominio del tiempo, podemos medirlas.
Conducción térmica de películas finas
La determinación de la conductividad térmica y la difusividad térmica de los materiales puede realizarse con el método establecido de láser/flash de luz (LFA). Este método LFA puede utilizarse normalmente para muestras con un grosor de entre 0,1 mm y 6 mm. Sin embargo, con los diseños cada vez más avanzados de los instrumentos electrónicos y la demanda asociada de una gestión térmica eficaz, cada vez es más importante obtener mediciones precisas de la difusividad térmica, la conductividad térmica y la Resistencia de contactoAccording to the second law of thermodynamics, heat transfer between two systems always moves in the direction from higher to lower temperatures. The amount of thermal energy transferred by heat conduction, e.g., through a wall of a building, is influenced by the thermal resistances of the concrete wall and the insulation layer.resistencia de contacto de transición en el rango nanométrico. En este ámbito de aplicación, el grosor de los materiales oscila entre 10 nm y 2 µm. Pueden adoptar la forma de almacenamiento por cambio de fase (PCM), películas finas termoeléctricas, diodos emisores de luz (LED), capas dieléctricas de interfaz o incluso películas conductoras transparentes (PFD).
El grosor de las películas nanométricas suele ser inferior al tamaño de grano típico. En consecuencia, sus propiedades termofísicas difieren significativamente de los valores del material a granel. Al disminuir el tamaño del grano (grosor de la película), la difusividad térmica disminuye, especialmente en la zona del camino libre medio de los electrones. Por lo tanto, la difusividad térmica del material a granel puede ser varias veces superior a la de las películas finas. Debido a este hecho, es esencial determinar la difusividad térmica también en las películas delgadas.
Termorreflexión en el dominio del tiempo por calentamiento con luz pulsada: El método del destello láser para películas finas
NanoTR y PicoTR son los sistemas de análisis térmico preferidos para las películas finas. Son los primeros analizadores del mundo que proporcionan mediciones de alta precisión de las propiedades termofísicas de películas metálicas, de óxido, orgánicas y otras, desarrollados originalmente por el Instituto Nacional de Metrología de Japón (NMIJ) del AIST. Estos instrumentos permiten realizar mediciones rápidas y muy precisas de la difusividad térmica, la efusividad térmica, la conductividad térmica y la resistencia térmica interfacial de películas de varios nanómetros a varias decenas de micrómetros de espesor, formadas sobre cualquier sustrato.
¿Cómo funciona?
La superficie delantera o trasera de una película fina sobre un sustrato se calienta mediante una fuente láser pulsada (láser de bombeo). Al mismo tiempo, la superficie frontal de la película fina es irradiada por una fuente láser para el control de la temperatura (láser de sonda). En combinación con el fotodetector, se puede evaluar la reflectividad en función del tiempo y obtener la curva del aumento de temperatura. Ajustando el modelo matemático a la curva histórica de la temperatura, se puede determinar la difusividad térmica.
Midiendo la energía constante emitida por un láser de muestra y reflejada de la muestra, se pueden registrar los cambios de temperatura de la superficie con mayor precisión y rapidez que con los detectores convencionales de radiación IR.
La determinación de la difusividad térmica y la resistencia térmica interfacial puede realizarse mediante calentamiento posterior/detección frontal (modo RF) y calentamiento frontal/detección frontal (modo FF).
Tanto NanoTR y PicoTR permiten mediciones absolutas de la difusividad térmica de películas delgadas en un rango de espesores de varios 10 μm hasta el rango nanométrico.
Sus ventajas de un vistazo:
- Análisis termofísico de películas delgadas, incluidas las estructuras multicapa: NanoTR y PicoTR puede medir la difusividad térmica, la efusividad térmica y la conductividad de películas delgadas y la resistencia térmica interfacial entre películas delgadas de películas multicapa. NanoTR y PicoTR permiten diseños térmicos muy sofisticados para dispositivos semiconductores.
- Medición de alta velocidad: NanoTRla tecnología de procesamiento de señales de última generación permite realizar mediciones de alta velocidad.
- Configuraciones RF y FF: NanoTR y PicoTR pueden configurarse tanto para mediciones RF (calentamiento posterior/detección frontal) como FF (calentamiento frontal/detección frontal), lo que permite medir una amplia variedad de muestras.
- Análisis de alta precisión: Estos instrumentos proporcionan mediciones de alta precisión de las propiedades termofísicas de películas metálicas, de óxido, orgánicas y otras. La alta precisión puede confirmarse mediante materiales de referencia certificados por el NMIJ (NMIJ CRM).
- La gama de espesores más amplia: En combinación con nuestros instrumentos LFA, podemos ofrecer soluciones para películas finas en el rango nanométrico hasta materiales a granel en el rango milimétrico.
