12.06.2023 by Aileen Sammler
NanoTR en PicoTR - Instrumentlijn voor de thermische karakterisering van dunne lagen
Nanotechnologie wordt steeds belangrijker op verschillende gebieden. Op het gebied van communicatie, geneeskunde, milieu, energie, lucht- en ruimtevaart, enzovoort, verpakken fabrikanten steeds meer in steeds kleinere ruimtes en wordt de vrijkomende warmte een steeds groter probleem. Kennis van de thermofysische eigenschappen van de materialen speelt dus een grote rol bij het mogelijk maken van een optimale warmtestroom. Met behulp van NETZSCH TDTR-methoden (Time Domain Thermoreflectance) kunnen we deze meten.
Thermisch beheer van dunne films
De bepaling van de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid en Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie van materialen kan worden uitgevoerd met de gevestigde laser/lichtflitsmethode (LFA). Deze LFA-methode kan meestal gebruikt worden voor monsters met een dikte tussen 0,1 mm en 6 mm. Echter, met steeds verdergaande ontwerpen in elektronische instrumenten en de bijbehorende vraag naar efficiënt thermisch beheer, is het belangrijker om nauwkeurige metingen te verkrijgen van de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie, Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid en overgangscontactweerstand tot in het nanometerbereik. In dit toepassingsgebied variëren de materialen in dikte van 10 nm tot 2 µm. Ze kunnen de vorm aannemen van opslag van faseverandering (PCM), thermo-elektrische dunne films, lichtemitterende diodes (LED), diëlektrische interfacelagen of zelfs transparante geleidende films (PFD).
De dikte van nanometerdunne films is vaak kleiner dan de typische korrelgrootte. Bijgevolg verschillen hun thermofysische eigenschappen aanzienlijk van de waarden van bulkmateriaal. Met afnemende korrelgrootte (filmdikte) neemt de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie af - vooral in het gebied van de gemiddelde vrije baan van elektronen. Daarom kan de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie van bulkmateriaal meerdere malen hoger zijn dan die van dunne films. Daarom is het essentieel om ook de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie van dunne films te bepalen.
Tijddomein thermoreflectie door gepulseerde lichtverwarming: De laserflitsmethode voor dunne films
NanoTR en PicoTR zijn de thermische analysesystemen bij uitstek voor dunne films. Het zijn 's werelds eerste analysers voor zeer nauwkeurige metingen van thermofysische eigenschappen van metallische, oxide, organische en andere films, oorspronkelijk ontwikkeld door het National Metrology Institute of Japan (NMIJ) van AIST. Deze instrumenten maken snelle en zeer nauwkeurige metingen mogelijk van de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie, thermische effusiviteit, Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid en interfaciale thermische weerstand voor films met een dikte van enkele nanometers tot enkele tientallen micrometers, gevormd op een willekeurig substraat.
Hoe werkt het?
Het voorste of achterste oppervlak van een dunne film op een substraat wordt verwarmd door een gepulseerde laserbron (pomplaser). Tegelijkertijd wordt het voorste oppervlak van de dunne film bestraald door een laserbron voor temperatuurbewaking (probe laser). In combinatie met de fotodetector kan het reflectievermogen worden geëvalueerd als functie van de tijd en kan de curve van de temperatuurstijging worden verkregen. Door het wiskundige model aan de temperatuurcurve aan te passen, kan de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie worden bepaald.
Door de constante energie te meten die door een laser van een monster wordt uitgezonden en door het monster wordt gereflecteerd, kunnen de temperatuurveranderingen van het oppervlak nauwkeurig en sneller worden geregistreerd dan met conventionele IR-stralingsdetectoren.
De bepaling van de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie en de interfaciale thermische weerstand kan worden gerealiseerd door opwarming aan de achterkant/frontdetectie (RF-modus) en opwarming aan de voorkant/frontdetectie (FF-modus).
Zowel NanoTR en PicoTR maken absolute metingen van de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie van dunne films mogelijk in een diktebereik van enkele 10 μm tot in het nanometerbereik.
Uw voordelen in een oogopslag:
- Thermofysische analyse van dunne films, inclusief meerlaagse structuren: NanoTR en PicoTR kan de thermische diffusiviteit, thermische effusiviteit en geleidbaarheid van dunne films en de interfaciale thermische weerstand tussen dunne films of meerlaagse films meten. NanoTR en PicoTR zeer geavanceerde thermische ontwerpen voor halfgeleiderapparaten mogelijk maken.
- Metingen met hoge snelheid: NanoTR's state-of-the-art signaalverwerkingstechnologie maakt hogesnelheidsmetingen mogelijk.
- RF en FF configuraties: NanoTR en PicoTR kan worden geconfigureerd voor zowel RF-metingen (opwarming aan de achterkant / detectie aan de voorkant) als FF-metingen (opwarming aan de voorkant / detectie aan de voorkant), waardoor een grote verscheidenheid aan monsters kan worden gemeten.
- Analyse met hoge precisie: Deze instrumenten bieden zeer nauwkeurige metingen van de thermofysische eigenschappen van metallische, oxide, organische en andere films. De hoge nauwkeurigheid kan worden bevestigd door NMIJ gecertificeerde referentiematerialen (NMIJ CRM's).
- Grootste diktebereik: In combinatie met onze LFA instrumenten kunnen we oplossingen bieden voor dunne films in het nanometerbereik tot bulkmaterialen in het millimeterbereik.
