12.06.2023 by Aileen Sammler
NanoTR ja PicoTR - Ohuiden kerrosten termiseen karakterisointiin tarkoitettu mittarilinja
Nanoteknologia on saamassa suuren merkityksen eri aloilla. Viestinnän, lääketieteen, ympäristön, energian, ilmailun ja avaruusalan jne. aloilla valmistajat pakkaavat yhä enemmän ja enemmän yhä pienempään tilaan, ja vapautuvasta lämmöstä tulee yhä suurempi ongelma. Näin ollen materiaalien lämpöfysikaalisten ominaisuuksien tunteminen on tärkeässä asemassa optimaalisen lämmönkulun mahdollistamisessa. Käyttämällä NETZSCH Time Domain Thermoreflectance Methods voimme mitata niitä.
Ohuiden kalvojen lämmönhallinta
Materiaalien lämmönjohtavuuden ja lämpödiffuusiokyvyn määrittäminen voidaan toteuttaa vakiintuneella laser/valosalamamenetelmällä (LFA). Tätä LFA-menetelmää voidaan yleensä käyttää näytteille, joiden paksuus on 0,1-6 mm. Elektronisten laitteiden jatkuvasti kehittyvän suunnittelun ja siihen liittyvän tehokkaan lämmönhallinnan vaatimuksen vuoksi on kuitenkin entistä tärkeämpää saada tarkkoja mittauksia lämpödiffuusiosta, lämmönjohtavuudesta ja siirtymäkontaktin resistanssista nanometrin alueella. Tällä sovellusalueella materiaalien paksuus vaihtelee 10 nm:stä 2 µm:iin. Ne voivat olla faasimuutosvarastoja (PCM), lämpösähköisiä ohuita kalvoja, valodiodeja (LED), dielektrisiä rajapintakerroksia tai jopa läpinäkyviä johtavia kalvoja (PFD).
Nanometrin ohuiden kalvojen paksuus on usein pienempi kuin tyypillinen raekoko. Näin ollen niiden termofysikaaliset ominaisuudet poikkeavat merkittävästi bulkkimateriaalin arvoista. Kun raekoko (kalvon paksuus) pienenee, lämpödiffuusiokyky pienenee - erityisesti elektronien keskimääräisen vapaan kulkureitin alueella. Näin ollen bulkkimateriaalin lämpödiffussiivisuus voi olla moninkertainen ohuiden kalvojen lämpödiffussiivisyyteen verrattuna. Tämän vuoksi on olennaista määrittää myös ohuiden kalvojen LämpöhajoavuusLämpödiffuusiokyky (a, yksikkö mm2/s) on materiaalikohtainen ominaisuus, jolla voidaan luonnehtia epävakaata lämmönjohtumista. Tämä arvo kuvaa sitä, kuinka nopeasti materiaali reagoi lämpötilan muutokseen.terminen diffuusiokyky.
.
Aika-alueen lämpöheijastavuus pulssivalolämmityksellä: Ohuiden kalvojen laser-salamamenetelmä
NanoTR ja PicoTR ovat ohuiden kalvojen lämpöanalyysijärjestelmiä. Ne ovat maailman ensimmäiset analysaattorit, joilla voidaan suorittaa metalli-, oksidi-, orgaanisten ja muiden kalvojen lämpöfysikaalisten ominaisuuksien erittäin tarkkoja mittauksia. Ne on alun perin kehittänyt AIST:n Japanin kansallinen metrologian instituutti (National Metrology Institute of Japan, NMIJ). Näillä laitteilla voidaan mitata nopeasti ja erittäin tarkasti lämpödiffuusiokykyä, lämpöheijastavuutta, lämmönjohtavuutta ja rajapinnan lämpöresistanssia kalvoille, joiden paksuus vaihtelee useista nanometreistä useisiin kymmeniin mikrometreihin ja jotka on muodostettu mille tahansa alustalle.
Miten se toimii?
Substraatilla olevan ohutkalvon etu- tai takapinta lämmitetään pulssilaserlähteellä (pumppulaser). Samanaikaisesti ohutkalvon etupintaa säteilytetään lämpötilan seurantaa varten tarkoitetulla laserlähteellä (koettimen laser). Yhdistettynä valodetektoriin voidaan arvioida heijastuvuus ajan funktiona ja saada lämpötilan nousun käyrä. Sovittamalla matemaattinen malli lämpötilan historiakäyrään voidaan määrittää LämpöhajoavuusLämpödiffuusiokyky (a, yksikkö mm2/s) on materiaalikohtainen ominaisuus, jolla voidaan luonnehtia epävakaata lämmönjohtumista. Tämä arvo kuvaa sitä, kuinka nopeasti materiaali reagoi lämpötilan muutokseen.terminen diffuusiokyky.
Mittaamalla näytelaserin lähettämää ja näytteestä heijastunutta vakioenergiaa voidaan pinnan lämpötilamuutokset rekisteröidä tarkasti ja nopeammin kuin tavanomaisilla IR-säteilyn ilmaisimilla.
Lämpödiffuusiokyvyn ja rajapinnan lämpöresistanssin määrittäminen voidaan toteuttaa takakuumennuksen/etupuolen ilmaisulla (RF-tila) ja etukuumennuksen/etupuolen ilmaisulla (FF-tila).
Molemmat NanoTR ja PicoTR mahdollistavat ohuiden kalvojen lämpödiffuusiokyvyn absoluuttiset mittaukset paksuusalueella, joka ulottuu useista 10 μm:stä aina nanometrin alueelle asti.
Hyödyt yhdellä silmäyksellä:
- Ohutkalvojen, myös monikerrosrakenteiden, termofysikaalinen analyysi: NanoTR ja PicoTR voi mitata ohuiden kalvojen lämpödiffuusiokykyä, lämpöefuusiokykyä ja -johtavuutta sekä monikerroskalvojen ohuiden kalvojen välistä rajapinnan lämpövastusta. NanoTR ja PicoTR mahdollistavat erittäin kehittyneen lämpösuunnittelun puolijohdekomponentteja varten.
- Nopea mittaus: NanoTR'n huippuluokan signaalinkäsittelytekniikka mahdollistaa nopeat mittaukset.
- RF- ja FF-kokoonpanot: NanoTR ja PicoTR voidaan konfiguroida sekä RF- (takakuumennus / / etutunnistus) että FF- (etukuumennus / / etutunnistus) mittauksia varten, mikä mahdollistaa monenlaisten näytteiden mittaamisen.
- Korkean tarkkuuden analyysi: Nämä laitteet mahdollistavat metalli-, oksidi-, orgaanisten ja muiden kalvojen termofysikaalisten ominaisuuksien erittäin tarkat mittaukset. Korkea tarkkuus voidaan vahvistaa NMIJ:n sertifioiduilla vertailumateriaaleilla (NMIJ CRM).
- Laajin paksuusalue: Yhdessä LFA-laitteidemme kanssa pystymme tarjoamaan ratkaisuja ohuille kalvoille nanometrin alueelta aina millimetrin alueella oleviin bulkkimateriaaleihin.
