NanoTR
Aikatasoinen LämpöheijastavuusLämpöheijastavuus on menetelmä, jolla määritetään nanometrin paksuisten ohuiden kalvojen lämpödiffuusiokyky ja lämmönjohtavuus.lämpöheijastavuus pulssivalolämmityksellä
Kohokohdat
Menetelmä termisen diffuusiokyvyn määrittämiseksi nanometrin paksuusalueella
Aika-alueen lämpöheijastavuusmenetelmät
Menetelmä termisen diffusiviteetin määrittämiseksi nanometrin paksuusalueella
Kun elektronisten laitteiden suunnittelussa on tapahtunut merkittävää edistystä ja siihen liittyy tarve tehokkaaseen lämmönhallintaan, tarkat lämpödiffuusiokyvyn/lämmönjohtavuuden mittaukset nanometrin alueella ovat tärkeämpiä kuin koskaan.
Japanissa toimiva National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) vastasi teollisuuden tarpeisiin jo 90-luvun alussa kehittämällä "pulssivalon avulla lämmittävän lämpöheijastusmenetelmän". PicoTherm Corporation perustettiin vuonna 2008, jolloin lanseerattiin nanosekunnin lämpöheijastuslaite "NanoTR" ja pikosekunnin lämpöheijastinlaite "PicoTR", joiden avulla voidaan mitata absoluuttisesti ohuiden kalvojen lämpödiffuusiokykyä useiden 10 μm:n paksuusalueelta aina nanometrin alueelle asti.
Lokakuussa 2020 PicoTherm liittyi NETZSCH -konserniin NETZSCH Japanin tytäryhtiönä. Yhdessä LFA-järjestelmiemme kanssa NETZSCH voi nyt tarjota ratkaisun ohuille kalvoille nanometrin alueelta aina mm:n bulkkimateriaaleihin asti.
Elektronisten laitteiden suunnittelussa tapahtuneen merkittävän edistyksen ja siihen liittyvän tehokkaan lämmönhallinnan tarpeen myötä tarkat lämpödiffuusiokyvyn/lämmönjohtavuuden mittaukset nanometrin alueella ovat tärkeämpiä kuin koskaan.
Japanissa toimiva National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) vastasi teollisuuden tarpeisiin jo 90-luvun alussa kehittämällä "pulssivalolla lämmittävän lämpöheijastusmenetelmän". PicoTherm Corporation perustettiin vuonna 2008, jolloin lanseerattiin nanosekunnin lämpöheijastuslaite "NanoTR" ja pikosekunnin lämpöheijastinlaite "PicoTR", joiden avulla voidaan mitata absoluuttisesti ohuiden kalvojen lämpödiffuusiokykyä useiden 10 μm:n paksuusalueelta aina nanometrin alueelle asti.
Menetelmä
Time Domain Thermoreflectance Methods - Laser Flash -menetelmä ohuille kalvoille
NanoTRhuippuluokan signaalinkäsittelytekniikka mahdollistaa nopeat mittaukset. Tässä lämpöheijastinlaitteessa näytteeseen säteilytetään jaksoittain (20 μs) laserpulssi, jonka pulssin leveys on 1 ns.
Tuloksena saatua lämpötilavastetta käytetään CW-laseriin (koettimen laser). Erinomainen s/n-suhde voidaan saavuttaa integroimalla toistuvia signaaleja suurella nopeudella. Laite voidaan helposti vaihtaa RF- ja FF-konfiguraatioiden välillä ohjelmiston avulla monenlaisia näytteitä varten.
NanoTR on JIS R 1689:n ja JIS R 1690:n mukainen ja SI-mittaus on jäljitettävissä AIST:n toimittaman ohuen kalvon lämpödiffuusioajan standardin (RM1301-a) avulla.
Lämpöheijastavuusmenetelmät
Ultranopea laser-salamamenetelmä - takakuumennus/etätunnistus (RF)
Termisen diffuusiokyvyn ja rajapinnan lämpöresistanssin määrittäminen
Koska ohuiden kerrosten ja kalvojen lämpöfysikaaliset ominaisuudet eroavat huomattavasti vastaavan massamateriaalin ominaisuuksista, tarvitaan tekniikka, jolla voidaan poistaa klassisen lasersalamamenetelmän (LFA) rajoitukset. Tämä niin sanottu ultranopea laserväläystekniikka tunnetaan myös nimellä takakuumennus-/etodennusmenetelmä.
Mittausjärjestely on samanlainen kuin perinteisessä LFA-menetelmässä: ilmaisin ja laser ovat läpinäkyvällä alustalla olevan näytteen vastakkaisilla puolilla. Mitattu lämpödiffuusiokyky on komponentti, joka kulkee näytteen pintaa vastaan kohtisuorassa olevan paksuuden läpi. Pumppulaser säteilee näytteen takapuolelle.
Näytteen lämmetessä sen pinnan LämpöheijastavuusLämpöheijastavuus on menetelmä, jolla määritetään nanometrin paksuisten ohuiden kalvojen lämpödiffuusiokyky ja lämmönjohtavuus.lämpöheijastavuus vaihtelee. LämpöheijastavuusLämpöheijastavuus on menetelmä, jolla määritetään nanometrin paksuisten ohuiden kalvojen lämpödiffuusiokyky ja lämmönjohtavuus.Lämpöheijastavuus lasketaan lämpötilan noususta (alempi kuvaaja). Tässä ohuen metallikalvon (Mo) lämpödiffuusiokyvyksi määritettiin 1,59 - 10-5m2/s.
Aika-alueen LämpöheijastavuusLämpöheijastavuus on menetelmä, jolla määritetään nanometrin paksuisten ohuiden kalvojen lämpödiffuusiokyky ja lämmönjohtavuus.lämpöheijastavuus - etulämmitys/etutunnistus (FF)
Termisen diffuusiokyvyn ja lämpötehohyötysuhteen määrittäminen
RF-menetelmän lisäksi mittauksia voidaan tehdä myös etulämmitys/etuhavaintokokoonpanossa (FF). Termi "etupuoli" viittaa substraatille laskeutuneen ohutkalvon avoimeen pintaan, kun taas "takapuoli" viittaa ohutkalvon ja substraatin väliseen rajaan.
FF-mittausjärjestelyssä (ylempi kuva) ilmaisin ja laser ovat samalla puolella näytettä. Ohutkalvon etupinnan alue, jonka halkaisija on useita kymmeniä mikrometrejä, kuumennetaan pumppulaserilla, ja anturilaser osoittaa samaan kohtaan. Pintalämpötilan muutos havaitaan.
Tätä menetelmää voidaan soveltaa läpinäkymättömillä alustoilla oleviin ohuisiin kerroksiin, joihin RF-tekniikka ei sovellu.
Vasemmalla olevassa esimerkissä ohuen metallikalvon (Mo) lämpödiffuusiokyvyksi määritettiin 1,61 - 10-5 m2/s FF-menetelmällä. Tulokset osoittavat, että RF- ja FF-moodien välillä vallitsee suuri yhdenmukaisuus (poikkeama < 2 %).
NanoTR on JIS R 1689:n ja JIS R 1690:n mukainen, ja SI on jäljitettävissä AIST:n toimittaman ohuen kalvon lämpödiffuusioajan standardin (RM1301-a) avulla.
- JIS R 1689 "Hienojen keraamisten kalvojen lämpödiffuusiokyvyn määrittäminen pulssivalolämmityksen lämpöheijastusmenetelmällä"
- JIS R 1690 "Determination of interfacial thermal resistance between fine ceramic film and metal film" (Hienokeraamisen kalvon ja metallikalvon välisen rajapinnan lämpöresistanssin määrittäminen)
"Valopulssilämmityksen lämpöheijastusmenetelmät ohuiden kalvojen termofysikaalisten ominaisuuksien mittaamiseksi"
Tetsuya BABA
"Ohutkalvojen vertailumateriaalin kehittäminen termisen diffuusiokyvyn määrittämiseksi"
Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Tetsuya BABA
"Suora havainto lämpöenergian siirtymisestä ohuen metallikalvon poikki piialustoilla takalämmitysrintaman havaitsemisen termorefleksanssitekniikalla "
Shakhawat H. FIROZ, Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Kazuko ISHIKAWA, Tetsuya BABA
"Termisen diffusiviteetin mittaus timanttianturakennossa valopulssitermoreflektanssitekniikkaa käyttäen"
Takashi YAGI, Tetsuya BABA, et al.
Tekniset tiedot
| NanoTR | ||
|---|---|---|
| Pumppulaser | Pulssin leveys Aallonpituus Säteen halkaisija | 1 ns 1550 nm 100 μm 100 μm |
| Koettimen laser | Pulssin leveys Aallonpituus Säteen halkaisija | jatkuva 785 nm 50 μm |
| Mittauskohteet | Lämpödiffuusiokyky ja lämpökerroin, rajapintaresistanssi | |
| Näytekalvon paksuus (RF-menetelmä) | Hartsi Keramiikka Metalli | 30 nm ... 2 μm 300 nm ... 5 μm 1 μm ... 20 μm |
| Näytekalvon paksuus (FF-menetelmä) | Paksumpi kuin 1 μm | |
| Alusta | Materiaali Koko Paksuus | Läpinäkymätön/läpinäkyvä 10 ... 20 mm neliö 1 mm max. |
| LämpöhajoavuusLämpödiffuusiokyky (a, yksikkö mm2/s) on materiaalikohtainen ominaisuus, jolla voidaan luonnehtia epävakaata lämmönjohtumista. Tämä arvo kuvaa sitä, kuinka nopeasti materiaali reagoi lämpötilan muutokseen.Lämpöhajoavuus | Valikoima | 0.01 ... 1000 mm²/s |
| Tarkkuus | ± 6,2 % 40 minuutin mittausajalla, CRM 5808A:lle RF-tilassa, 400 nm:n paksuus | |
| Toistettavuus | ± 5% | |
| Ohjelmisto | Lämpöominaisuuksien laskenta, monikerrosanalyysi, tietokanta |
Ohjelmisto
Paikan päällä tapahtuva näyttö ja 100 000 laukauksen analysointi
NanoTR/PicoTR -verkkopalvelun uusimmassa mittaus-/analyysiohjelmistossa on helppokäyttöinen käyttöliittymä, joka mahdollistaa ohutkalvojen lämpöominaisuuksien tarkan määrittämisen. Lasersäteen fokusointia voidaan säätää ohjelmiston avulla ja saada CCD-kuva.
NanoTR/PicoTR ohjelmisto toimii Microsoft Windows -käyttöjärjestelmässä.
Kuvaajasta nähdään, että 1 μs:n mittaajassa saadaan yksi mittauskäyrä.
Tulosten saaminen muutamassa minuutissa
Aiheeseen liittyvät laitteet
