12.06.2023 by Aileen Sammler
NanoTR et PicoTR - Ligne d'instruments pour la caractérisation thermique des couches minces
Les nanotechnologies gagnent en importance dans différents domaines. Dans les domaines de la communication, de la médecine, de l'environnement, de l'énergie, de l'aérospatiale, etc., les fabricants font entrer de plus en plus de choses dans des espaces de plus en plus réduits, et la chaleur dégagée devient un problème de plus en plus important. La connaissance des propriétés thermophysiques des matériaux joue donc un rôle majeur dans l'optimisation du flux de chaleur. En utilisant NETZSCH Time Domain Thermoreflectance Methods, nous pouvons les mesurer.
Gestion thermique des couches minces
La détermination de la conductivité thermique et de la diffusivité thermique des matériaux peut être réalisée à l'aide de la méthode laser/éclair (LFA). Cette méthode LFA peut généralement être utilisée pour des échantillons d'une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 6 mm. Toutefois, compte tenu des progrès constants dans la conception des instruments électroniques et de la demande connexe de gestion thermique efficace, il est de plus en plus important d'obtenir des mesures précises de la diffusivité thermique, de la conductivité thermique et de la résistance de contact de transition dans le domaine du nanomètre. Dans ce domaine d'application, l'épaisseur des matériaux varie de 10 nm à 2 µm. Ils peuvent prendre la forme de stockage à changement de phase (PCM), de couches minces thermoélectriques, de diodes électroluminescentes (LED), de couches d'interface diélectriques ou même de films conducteurs transparents (PFD).
L'épaisseur des films nanométriques est souvent inférieure à la taille typique des grains. Par conséquent, leurs propriétés thermophysiques diffèrent considérablement des valeurs du matériau en vrac. Avec la diminution de la taille des grains (épaisseur du film), la diffusivité thermique diminue, en particulier dans la zone du libre parcours moyen des électrons. Par conséquent, la diffusivité thermique du matériau en vrac peut être plusieurs fois supérieure à celle des films minces. Pour cette raison, il est essentiel de déterminer la diffusivité thermique sur les films minces également.
Thermoréflectance dans le domaine temporel par chauffage à lumière pulsée : The Laser Flash Method for Thin Films
NanoTR et PicoTR sont les systèmes d'analyse thermique de choix pour les films minces. Ce sont les premiers analyseurs au monde à fournir des mesures de haute précision sur les propriétés thermophysiques des films métalliques, oxydes, organiques et autres, développés à l'origine par l'Institut national de métrologie du Japon (NMIJ) de l'AIST. Ces instruments permettent de mesurer rapidement et avec une grande précision la diffusivité thermique, l'effusivité thermique, la conductivité thermique et la résistance thermique interfaciale de films d'une épaisseur allant de quelques nanomètres à plusieurs dizaines de micromètres, formés sur n'importe quel substrat.
Comment cela fonctionne-t-il ?
La surface avant ou arrière d'une couche mince sur un substrat est chauffée par une source laser pulsée (laser de pompage). Simultanément, la surface avant de la couche mince est irradiée par une source laser pour le contrôle de la température (laser de sonde). En combinaison avec le détecteur photo, la réflectivité peut être évaluée en fonction du temps et la courbe de l'augmentation de la température peut être obtenue. En ajustant le modèle mathématique à la courbe historique de la température, la diffusivité thermique peut être déterminée.
En mesurant l'énergie constante émise par le laser d'un échantillon et réfléchie par l'échantillon, les changements de température de la surface peuvent être enregistrés avec précision et plus rapidement qu'avec les détecteurs de rayonnement IR conventionnels.
La détermination de la diffusivité thermique et de la résistance thermique interfaciale peut être réalisée par chauffage arrière/détection avant (mode RF) et chauffage avant/détection avant (mode FF).
Les deux NanoTR et PicoTR permettent des mesures absolues de la diffusivité thermique des films minces dans une gamme d'épaisseur de plusieurs 10 μm jusqu'à la gamme des nanomètres.
Vos avantages en un coup d'œil :
- Analyse thermophysique des films minces, y compris les structures multicouches : NanoTR et PicoTR peut mesurer la diffusivité thermique, l'effusivité thermique et la conductivité des films minces, ainsi que la résistance thermique interfaciale entre les films minces des films multicouches. NanoTR et PicoTR permettent des conceptions thermiques très sophistiquées pour les dispositifs à semi-conducteurs.
- Mesure à grande vitesse : NanoTRla technologie de pointe de traitement des signaux de l'Institut permet d'effectuer des mesures à grande vitesse.
- Configurations RF et FF : NanoTR les appareils de mesure de la température et de l'humidité peuvent être configurés pour la RF (chauffage arrière) et la détection frontale PicoTR peuvent être configurés pour des mesures RF (chauffage arrière / détection frontale) et FF (chauffage avant / détection frontale), ce qui permet de mesurer une grande variété d'échantillons.
- Analyse de haute précision : Ces instruments permettent de mesurer avec une grande précision les propriétés thermophysiques des films métalliques, oxydes, organiques et autres. La haute précision peut être confirmée par les matériaux de référence certifiés du NMIJ (NMIJ CRMs).
- La plus large gamme d'épaisseurs : En combinaison avec nos instruments LFA, nous sommes en mesure d'offrir des solutions pour les films minces de l'ordre du nanomètre jusqu'aux matériaux en vrac de l'ordre du millimètre.
