NanoTR
ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.Thermoréflectance dans le Domaine temporelUne analyse dans le domaine temporel est basée sur les changements de signaux physiques liés au temps. Un graphique du domaine temporel montre comment un signal évolue dans le temps. Dans le cas de la thermoréflectance ou de la méthode du flash laser, le signal du détecteur (variation de tension) est enregistré - au minimum - sur la plage de temps entre l'apport d'énergie et le maximum du signal (par exemple, en mode RF) ou en fonction du temps de diffusion de la chaleur prévu (par exemple, en mode FF).domaine temporel par chauffage par lumière pulsée
Points forts
Méthode de détermination de la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique dans une plage d'épaisseur de l'ordre du nanomètre
Méthodes de ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.thermoréflectance dans le Domaine temporelUne analyse dans le domaine temporel est basée sur les changements de signaux physiques liés au temps. Un graphique du domaine temporel montre comment un signal évolue dans le temps. Dans le cas de la thermoréflectance ou de la méthode du flash laser, le signal du détecteur (variation de tension) est enregistré - au minimum - sur la plage de temps entre l'apport d'énergie et le maximum du signal (par exemple, en mode RF) ou en fonction du temps de diffusion de la chaleur prévu (par exemple, en mode FF).domaine temporel
La méthode de détermination de la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique dans la gamme d'épaisseur du nanomètre
Avec les progrès significatifs dans la conception des appareils électroniques et le besoin associé d'une gestion thermique efficace, des mesures précises de la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique et de la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique dans le domaine du nanomètre sont plus que jamais cruciales.
L'Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST), au Japon, a déjà répondu aux besoins de l'industrie en mettant au point une "méthode de ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.thermoréflectance par chauffage à lumière pulsée" au début des années 90. La société PicoTherm Corporation a été créée en 2008 avec le lancement d'un appareil de ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.thermoréflectance nanoseconde "NanoTR"et d'un appareil de ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.thermoréflectance à pico-seconde "PicoTR", qui permet des mesures absolues de la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique de films minces dans une gamme d'épaisseur de plusieurs 10 μm jusqu'à la gamme des nanomètres.
En octobre 2020, PicoTherm a rejoint le groupe NETZSCH en tant que filiale de NETZSCH Japan. En combinaison avec nos systèmes LFA, NETZSCH peut désormais offrir la solution pour les films minces dans la gamme du nanomètre jusqu'aux matériaux en vrac dans la gamme du mm.
Avec les progrès significatifs dans la conception des appareils électroniques et le besoin associé d'une gestion thermique efficace, des mesures précises de la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique et de la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique dans le domaine du nanomètre sont plus que jamais cruciales.
L'Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST), au Japon, a déjà répondu aux besoins de l'industrie en développant une "méthode de ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.thermoréflectance par chauffage à lumière pulsée" au début des années 90. La société PicoTherm Corporation a été créée en 2008 avec le lancement d'un appareil de ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.thermoréflectance nanoseconde "NanoTR"et d'un appareil de ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.thermoréflectance à pico-seconde "PicoTR", qui permet des mesures absolues de la diffusivité thermique de films minces dans une gamme d'épaisseur de plusieurs 10 μm jusqu'à la gamme des nanomètres.
Méthode
Méthodes de ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.thermoréflectance dans le Domaine temporelUne analyse dans le domaine temporel est basée sur les changements de signaux physiques liés au temps. Un graphique du domaine temporel montre comment un signal évolue dans le temps. Dans le cas de la thermoréflectance ou de la méthode du flash laser, le signal du détecteur (variation de tension) est enregistré - au minimum - sur la plage de temps entre l'apport d'énergie et le maximum du signal (par exemple, en mode RF) ou en fonction du temps de diffusion de la chaleur prévu (par exemple, en mode FF).domaine temporel - La méthode du flash laser pour les films minces
NanoTRla technologie de pointe de traitement des signaux de l'Institut permet d'effectuer des mesures à grande vitesse. Avec cet appareil de ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.thermoréflectance, une impulsion laser d'une largeur de 1 ns est irradiée périodiquement (20 μs) sur l'échantillon.
La réponse en température qui en résulte est appliquée à un laser à ondes entretenues (laser sonde). Un excellent rapport s/n peut être atteint par l'intégration à grande vitesse de signaux répétitifs. Le logiciel permet de passer facilement de la configuration RF à la configuration FF pour une grande variété d'échantillons.
NanoTR l'appareil est conforme aux normes JIS R 1689 et JIS R 1690, et est traçable par la norme de temps de diffusion de la chaleur dans les films minces (RM1301-a), fournie par l'AIST.
Méthodes de thermoréflectance
Méthode du flash laser ultrarapide - Chauffage arrière/détection avant (RF)
Détermination de la diffusivité thermique et de la résistance thermique interfaciale
Le fait que les propriétés thermophysiques des couches minces et des films diffèrent considérablement de celles du matériau en vrac correspondant nécessite une technique qui surmonte les limites de la méthode classique du flash laser (LFA). Cette technique de flash laser ultrarapide est également connue sous le nom de méthode de chauffage arrière/détection avant.
Le dispositif de mesure est similaire à la méthode LFA classique : le détecteur et le laser se trouvent sur les côtés opposés de l'échantillon, qui est placé sur un substrat transparent. La diffusivité thermique mesurée est la composante à travers l'épaisseur perpendiculaire à la surface de l'échantillon. Le laser de pompage irradie la face arrière de l'échantillon.
Au fur et à mesure que l'échantillon se réchauffe, sa ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.thermoréflectance de surface varie. La diffusivité thermique est calculée à partir de l'augmentation de température (graphique du bas). Ici, la diffusivité thermique d'un film métallique mince (Mo) a été déterminée à 1,59 - 10-5m2/s.
ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.Thermoréflectance dans le Domaine temporelUne analyse dans le domaine temporel est basée sur les changements de signaux physiques liés au temps. Un graphique du domaine temporel montre comment un signal évolue dans le temps. Dans le cas de la thermoréflectance ou de la méthode du flash laser, le signal du détecteur (variation de tension) est enregistré - au minimum - sur la plage de temps entre l'apport d'énergie et le maximum du signal (par exemple, en mode RF) ou en fonction du temps de diffusion de la chaleur prévu (par exemple, en mode FF).domaine temporel - Chauffage frontal/détection frontale (FF)
Détermination de la diffusivité et de l'effusivité thermiques
Outre la méthode RF, les mesures peuvent également être effectuées dans une configuration de chauffage frontal/détection frontale (FF). Le terme "avant" fait référence à la surface ouverte du film mince déposé sur un substrat, tandis que le terme "arrière" fait référence à la limite entre le film mince et le substrat.
Dans la configuration de mesure FF (image du haut), le détecteur et le laser se trouvent du même côté de l'échantillon. Une zone de la face avant de la couche mince d'un diamètre de plusieurs dizaines de micromètres est chauffée par un laser de pompe, et un laser de sonde pointe à la même position. La variation de la température de surface est observée.
Cette méthode peut être appliquée à des couches minces sur des substrats non transparents pour lesquels la technique RF n'est pas adaptée.
Dans l'exemple de gauche, la diffusivité thermique d'un film métallique mince (Mo) a été déterminée à 1,61 - 10-5 m2/s en appliquant la méthode FF. Les résultats prouvent la grande concordance entre les modes RF et FF (écart < 2 %).
NanoTR est conforme aux normes JIS R 1689 et JIS R 1690, et est traçable par l'étalon de temps de Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusion thermique des films minces (RM1301-a), fourni par l'AIST.
- JIS R 1689 "Détermination de la diffusivité thermique des films céramiques fins par la méthode de thermoréflectance par chauffage à lumière pulsée"
- JIS R 1690 "Détermination de la résistance thermique interfaciale entre un film céramique fin et un film métallique"
"Méthodes de thermoréflectance par chauffage par impulsions lumineuses pour la mesure des propriétés thermophysiques des films minces"
Tetsuya BABA
"Développement d'un matériau de référence pour la diffusivité thermique des films minces"
Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Tetsuya BABA
"Observation directe du transfert d'énergie thermique à travers le film métallique mince sur des substrats de silicium par une technique de thermoréflectance à détection de front de chauffage arrière "
Shakhawat H. FIROZ, Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Kazuko ISHIKAWA, Tetsuya BABA
"Mesure de la diffusivité thermique dans une cellule à enclume de diamant à l'aide d'une technique de thermoréflectance par impulsion lumineuse "
Takashi YAGI, Tetsuya BABA, et al.
Spécifications
| NanoTR | ||
|---|---|---|
| Laser à pompe | Largeur d'impulsion Longueur d'onde Diamètre du faisceau | 1 ns 1550 nm 100 μm |
| Laser de sonde | Largeur d'impulsion Longueur d'onde Diamètre du faisceau | continu 785 nm 50 μm |
| Éléments de mesure | Diffusion et effusivité thermiques, résistance interfaciale | |
| Épaisseur du film de l'échantillon (méthode RF) | Résine Céramique Métal | 30 nm ... 2 μm 300 nm ... 5 μm 1 μm ... 20 μm |
| Épaisseur du film de l'échantillon (méthode FF) | Épaisseur supérieure à 1 μm | |
| Substrat | Matériau Taille Épaisseur | Opaque/Transparent 10 ... 20 mm carré 1 mm max. |
| Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.Diffusion thermique | Plage de valeurs | 0.01 ... 1000 mm²/s |
| Précision | ± 6,2 % avec une durée de mesure de 40 minutes, pour CRM 5808A en mode RF, épaisseur de 400 nm | |
| Répétabilité | ± 5% | |
| Logiciel | Calcul des propriétés thermiques, analyse multicouche, base de données |
Logiciel
Affichage in situ et analyse de 100 000 clichés
Le logiciel de mesure/analyse de pointe de NanoTR/PicoTR a une interface utilisateur facile à utiliser qui permet une détermination précise des propriétés thermiques des films minces. La focalisation du faisceau laser peut être réglée par le logiciel et l'image CCD peut être obtenue.
NanoTR/ Le logicielPicoTR fonctionne sous Microsoft Windows.
Le graphique montre qu'une courbe de mesure peut être obtenue en 1 μs de temps de mesure.
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Dispositifs apparentés
