PicoTR
Időtartománybeli hővisszaverődés impulzusos fénymelegítés alkalmazásával
Kiemelt információk
A Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség meghatározásának módszere a nanométeres vastagságtartományban
Időtartománybeli termoreflektancia módszerek
A Termikus diffúziós képességA hővezető képesség (a mm2/s egységgel) egy anyagspecifikus tulajdonság, amely az instacionárius hővezetés jellemzésére szolgál. Ez az érték azt írja le, hogy egy anyag milyen gyorsan reagál a hőmérsékletváltozásra.termikus diffúziós képesség meghatározásának módszere a nanométeres vastagságtartományban
Az elektronikus eszközök tervezésének jelentős fejlődésével és a hatékony hőgazdálkodással kapcsolatos igényével a nanométeres tartományban a pontos hővezetési képesség / hővezetési tényező mérése minden eddiginél fontosabb.
A japán National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) már a 90-es évek elején válaszolt az ipari igényekre az "impulzusfényes fűtéses termoreflektancia-módszer" kifejlesztésével. A PicoTherm Corporation 2008-ban jött létre egy nanoszekundumos termoreflektancia készülék "NanoTR" és egy pikoszekundumos termoreflektancia-készülékkel "PicoTR", amelyek lehetővé teszik a vékonyrétegek hődiffúziós képességének abszolút mérését néhány 10 μm-es vastagságtól egészen a nanométeres tartományig.
2020 októberében a PicoTherm a NETZSCH csoporthoz csatlakozott a NETZSCH Japan leányvállalataként. 2020 októberében a NETZSCH az LFA-rendszereinkkel kombinálva mostantól a nanométeres tartományban lévő vékonyrétegeknél egészen a mm-es tartományban lévő ömlesztett anyagokig kínál megoldást.
Az elektronikus eszközök tervezésének jelentős fejlődésével és a hatékony hőkezelés iránti igényével a nanométeres tartományban végzett pontos hődiffúzió/Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség mérések minden eddiginél fontosabbak.
A japán National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) már a 90-es évek elején válaszolt az ipari igényekre az "impulzusfényes fűtéses TermoreflexióA termoreflexió a nanométeres vastagságú vékonyrétegek hővezető képességének és hővezető képességének meghatározására szolgáló módszer.termoreflexiós módszer" kifejlesztésével. A PicoTherm Corporation 2008-ban jött létre egy nanoszekundumos termoreflektancia készülék "NanoTR" és egy pikoszekundumos termoreflektancia-készülékkel "PicoTR", amelyek lehetővé teszik a vékonyrétegek hődiffúziós képességének abszolút mérését néhány 10 μm-es vastagságtól egészen a nanométeres tartományig.
Módszer
Időtartománybeli hővisszaverődési módszerek - A lézerflash módszer vékonyrétegeknél
A PicoTR segítségével 0,5 ps impulzusszélességű és 50 ns időtartamú lézerimpulzusok (pumpalézer) juttathatók a mintára. A hőmérséklet-válaszidőt a mintalézer is érzékeli.
PicoTR lehetővé teszi a felhasználó számára az RT és FF üzemmód közötti egyszerű váltást.
PicoTR megfelel a JIS R 1689 és a JIS R 1690 japán ipari szabványoknak.
Termoreflexiós módszerek
Ultrarövid lézervillantásos módszer - Hátsó fűtés / elülső érzékelés (RF)
A Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség és a határfelületi hőellenállás meghatározása
Az a tény, hogy a vékony rétegek és filmek termofizikai tulajdonságai jelentősen eltérnek a megfelelő ömlesztett anyag tulajdonságaitól, olyan technikát igényel, amely kiküszöböli a klasszikus lézervillantásos módszer (LFA) korlátait. Ez az úgynevezett ultragyors lézervillanás-technika a hátsó fűtés/elülső detektálás módszere néven is ismert.
A mérési elrendezés hasonló a hagyományos LFA-hoz: a detektor és a lézer az átlátszó hordozón elhelyezett minta ellentétes oldalán van. A mért hővezetési tényező a minta felületére merőleges vastagságon keresztüli komponens. A pumpalézer a minta hátsó oldalát sugározza be.
A minta melegedésével változik a felületi hővisszaverő képessége. A termikus diffúziós képességet a hőmérséklet-emelkedésből számoljuk ki (alsó ábra). Itt egy vékony fémfilm (Mo) Termikus diffúziós képességA hővezető képesség (a mm2/s egységgel) egy anyagspecifikus tulajdonság, amely az instacionárius hővezetés jellemzésére szolgál. Ez az érték azt írja le, hogy egy anyag milyen gyorsan reagál a hőmérsékletváltozásra.termikus diffúziós képességét 1,59 - 10-5m2/s-ban határozták meg.
Időtartománybeli hővisszaverődés - Elülső fűtés/elülső érzékelés (FF)
A Termikus diffúziós képességA hővezető képesség (a mm2/s egységgel) egy anyagspecifikus tulajdonság, amely az instacionárius hővezetés jellemzésére szolgál. Ez az érték azt írja le, hogy egy anyag milyen gyorsan reagál a hőmérsékletváltozásra.termikus diffúziós képesség és a termikus hatékonyság meghatározása
Az RF-módszer mellett a mérések frontfűtés/frontérzékelés (FF) konfigurációban is elvégezhetők. Az "elülső" kifejezés a hordozóra lerakott vékonyréteg nyílt felületére, míg a "hátsó" a vékonyréteg és a hordozó közötti határfelületre utal.
Az FF mérési elrendezésben (felső kép) a detektor és a lézer a minta ugyanazon az oldalán van. A vékonyréteg elülső felületének egy néhány tíz mikrométer átmérőjű területét a pumpalézer melegíti, és a szondalézer ugyanarra a pozícióra mutat. A felületi hőmérséklet változását figyeljük meg.
Ez a módszer alkalmazható olyan nem átlátszó hordozókon lévő vékony rétegekre, amelyek esetében az RF technika nem alkalmas.
A bal oldali példában egy vékony fémréteg (Mo) hődiffúziós képességét 1,61 - 10-5 m2/s-ban határozták meg az FF-módszer alkalmazásával. Az eredmények bizonyítják az RF és FF módok közötti nagyfokú egyezést (eltérés < 2%).
NanoTR megfelel a JIS R 1689, JIS R 1690 szabványoknak, és az AIST-től kapott vékonyfilmes hődiffúziós idő szabvány (RM1301-a) által nyomon követhető.
- JIS R 1689 "Finomkerámia filmek hődiffúziós képességének meghatározása impulzusfény-fűtéses TermoreflexióA termoreflexió a nanométeres vastagságú vékonyrétegek hővezető képességének és hővezető képességének meghatározására szolgáló módszer.termoreflexiós módszerrel"
- JIS R 1690 "Finomkerámia film és fémfilm közötti határfelületi hőellenállás meghatározása"
"Fényimpulzusfűtéses termoreflexiós módszerek vékonyrétegek termofizikai tulajdonságainak mérésére"
Tetsuya BABA
"Vékonyfilmes referenciaanyag kifejlesztése a termikus diffúziós képességhez"
Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Tetsuya BABA
"A hőenergia átvitelének közvetlen megfigyelése szilícium szubsztrátokon lévő vékony fémfilmeken keresztül, hátsó fűtőfront detektáló termoreflektancia technikával "
Shakhawat H. FIROZ, Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Kazuko ISHIKAWA, Tetsuya BABA
"A termikus diffúziós képesség mérése gyémánt üllőcellában fényimpulzusos termoreflektancia technikával"
Takashi YAGI, Tetsuya BABA, et al.
Műszaki adatok
| PicoTR | ||
|---|---|---|
| Pumpalézer | Impulzusszélesség Hullámhossz Sugár átmérője | 0.5 ps 1550 nm 45 μm 45 μm |
| Minta lézer | Impulzusszélesség Hullámhossz Sugárátmérő | 0.5 ps 775 nm 25 μm 25 μm |
| Mérési értékek | Hődiffúziós és hőbehatolási együtthatók, a közbenső rétegek hőellenállása | |
| A minta rétegvastagsága (RF-módszer) | Gyanta Kerámia Fém | 10 nm ... 100 nm 10 nm ... 300 nm 100 nm ... 900 nm |
| Mintaréteg vastagsága (FF-módszer) | 100 nm-nél vastagabb | |
| Szubsztrátumok | Anyag Méret Vastagság | Átlátszatlan/átlátszó 10 ... 20 mm négyzet alakú max. 1 mm |
| Termikus diffúziós képességA hővezető képesség (a mm2/s egységgel) egy anyagspecifikus tulajdonság, amely az instacionárius hővezetés jellemzésére szolgál. Ez az érték azt írja le, hogy egy anyag milyen gyorsan reagál a hőmérsékletváltozásra.Termikus diffúziós képesség | Tartomány | 0.01 ... 1000 mm²/s |
| Pontosság | ± 6,2 % 40 perc mérési idővel, CRM 5808A esetében RF üzemmódban, 400 nm vastagságnál | |
| Reprodukálhatóság | ± 5% | |
| Szoftver | Hőtani tulajdonságok számítása, többrétegű elemzés, adatbázis |
Szoftver
100 000 felvétel helyszíni megjelenítése és elemzése
A NanoTR/PicoTR legkorszerűbb mérési/elemzési szoftvere könnyen kezelhető felhasználói felülettel rendelkezik, amely lehetővé teszi a vékonyrétegek hőtani tulajdonságainak pontos meghatározását. A lézersugár fókuszálása a szoftverrel beállítható, és CCD-képet kaphatunk.
NanoTR/PicoTR szoftver Microsoft Windows alatt fut.
A grafikonon látható, hogy 1 μs mérési idő alatt egy mérési görbe nyerhető.
Perceken belüli eredmények elérése
Kapcsolódó eszközök
