NanoTR
Thermoreflectantie in het TijdsdomeinEen tijddomeinanalyse is gebaseerd op veranderingen in fysische signalen in relatie tot de tijd. Een tijddomeingrafiek laat zien hoe een signaal in de loop van de tijd verandert. In het geval van thermoreflectie of de laserflitsmethode wordt het detectorsignaal (spanningsverandering) geregistreerd - minimaal - over het tijdsbereik tussen de energie-input en het signaalmaximum (bijv. RF-modus) of als functie van de verwachte warmtediffusietijd (bijv. FF-modus).tijdsdomein door middel van verwarming met gepulseerd licht
Hoogtepunten
De methode voor de bepaling van 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 in het nanometerdiktebereik
De methode voor de bepaling van 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 in het nanometer-diktebereik
Met de aanzienlijke vooruitgang in het ontwerp van elektronische apparaten en de daarmee samenhangende behoefte aan een efficiënt thermisch beheer, zijn nauwkeurige metingen van 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 in het nanometerbereik meer dan ooit cruciaal.
Het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Japan, reageerde al op industriële eisen met de ontwikkeling van een "thermoreflectantiemethode met gepulseerd licht" in het begin van de jaren 90. PicoTherm Corporation werd in 2008 opgericht met de lancering van een nano-seconde thermoreflectieapparaat "NanoTR" en een pico-seconde thermoreflectieapparaat "PicoTR", waarmee 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 in een diktebereik van enkele 10 μm tot in het nanometerbereik mogelijk zijn.
In oktober 2020 sloot PicoTherm zich aan bij de NETZSCH Group als dochteronderneming van NETZSCH Japan. In combinatie met onze LFA-systemen kan NETZSCH nu de oplossing bieden voor dunne films in het nanometerbereik tot bulkmaterialen in het mm-bereik.
Met de aanzienlijke vooruitgang in het ontwerp van elektronische apparaten en de daarmee samenhangende behoefte aan efficiënt thermisch beheer, zijn nauwkeurige metingen van 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 in het nanometerbereik meer dan ooit cruciaal.
Het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Japan, reageerde al op industriële eisen met de ontwikkeling van een "thermoreflectantiemethode met gepulseerde lichtverwarming" in het begin van de jaren 90. PicoTherm Corporation werd in 2008 opgericht met de lancering van een nano-seconde thermoreflectieapparaat "NanoTR" en een pico-seconde thermoreflectieapparaat "PicoTR", waarmee 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 in een diktebereik van enkele 10 μm tot in het nanometerbereik mogelijk zijn.
Methode
TijdsdomeinEen tijddomeinanalyse is gebaseerd op veranderingen in fysische signalen in relatie tot de tijd. Een tijddomeingrafiek laat zien hoe een signaal in de loop van de tijd verandert. In het geval van thermoreflectie of de laserflitsmethode wordt het detectorsignaal (spanningsverandering) geregistreerd - minimaal - over het tijdsbereik tussen de energie-input en het signaalmaximum (bijv. RF-modus) of als functie van de verwachte warmtediffusietijd (bijv. FF-modus).Tijddomein thermoreflectiemethoden - De laserflitsmethode voor dunne films
NanoTRde geavanceerde signaalverwerkingstechnologie maakt hogesnelheidsmetingen mogelijk. Met dit thermoreflectantieapparaat wordt een laserpuls met een pulsbreedte van 1 ns periodiek (20 μs) op het monster ingestraald.
De resulterende temperatuurrespons wordt toegepast op een CW laser (probe laser). Een uitstekende s/n-verhouding kan worden bereikt door snelle integratie van herhalende signalen. De software kan eenvoudig schakelen tussen RF- en FF-configuraties voor een grote verscheidenheid aan monsters.
NanoTR is in overeenstemming met JIS R 1689, JIS R 1690, en SI traceerbaar door de dunne-film standaard van warmteverspreidingstijd (RM1301-a), geleverd door AIST.
Thermoreflectiemethoden
Ultrasnelle Laser Flash Methode - Achterwarming/Frontdetectie (RF)
Bepaling van 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 interfaciale thermische weerstand
Het feit dat de thermofysische eigenschappen van dunne lagen en films aanzienlijk verschillen van die van het overeenkomstige bulkmateriaal vereist een techniek die de beperkingen van de klassieke laserflitsmethode (LFA) overwint. Deze zogenaamde ultrasnelle laser flash-techniek staat ook bekend als de rear heating/front detection-methode.
De meetopstelling is vergelijkbaar met de conventionele LFA: detector en laser bevinden zich aan weerszijden van het monster dat zich op een transparant substraat bevindt. De gemeten 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 is de component door de dikte loodrecht op het oppervlak van het monster. De pomplaser bestraalt de achterkant van het monster.
Als het monster opwarmt, varieert de ThermoreflectieThermoreflectie is een methode om de thermische diffusie en thermische geleidbaarheid van dunne films met een dikte in het nanometerbereik te bepalen.thermoreflectie aan het oppervlak. 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 wordt berekend uit de temperatuurstijging (onderste grafiek). Hier werd de thermische diffusie van een dunne metaalfilm (Mo) bepaald op 1,59 - 10-5m2/s.
TijdsdomeinEen tijddomeinanalyse is gebaseerd op veranderingen in fysische signalen in relatie tot de tijd. Een tijddomeingrafiek laat zien hoe een signaal in de loop van de tijd verandert. In het geval van thermoreflectie of de laserflitsmethode wordt het detectorsignaal (spanningsverandering) geregistreerd - minimaal - over het tijdsbereik tussen de energie-input en het signaalmaximum (bijv. RF-modus) of als functie van de verwachte warmtediffusietijd (bijv. FF-modus).Tijddomein ThermoreflectieThermoreflectie is een methode om de thermische diffusie en thermische geleidbaarheid van dunne films met een dikte in het nanometerbereik te bepalen.thermoreflectie - Voorverwarming/Frontdetectie (FF)
Bepaling van thermische diffusie en thermische effusie
Naast de RF-methode kunnen metingen ook worden uitgevoerd in een frontale verwarming/frontale detectieconfiguratie (FF). De term "voorkant" verwijst naar het open oppervlak van de dunne film afgezet op een substraat, terwijl "achterkant" verwijst naar de grens tussen de dunne film en het substraat.
In de FF meetopstelling (bovenste afbeelding) bevinden de detector en laser zich aan dezelfde kant van het monster. Een gebied van de voorkant van de dunne film met een diameter van enkele tientallen micrometers wordt verwarmd door een pomplaser en een probe laser richt zich op dezelfde positie. De verandering in de oppervlaktetemperatuur wordt waargenomen.
Deze methode kan worden toegepast op dunne lagen op niet-transparante substraten waarvoor de RF techniek niet geschikt is.
In het voorbeeld links werd de thermische diffusie van een dunne metaalfilm (Mo) bepaald op 1,61 - 10-5 m2/s door de FF methode toe te passen. De resultaten bewijzen de hoge overeenkomst tussen RF- en FF-methoden (afwijking < 2%).
NanoTR is in overeenstemming met JIS R 1689, JIS R 1690, en SI traceerbaar door de dunne film standaard van warmte diffusie tijd (RM1301-a), geleverd door AIST.
- JIS R 1689 "Bepaling van de thermische diffusie van fijne keramische films met de thermoreflectantiemethode met gepulseerde lichtverwarming"
- JIS R 1690 "Bepaling van de interfaciale thermische weerstand tussen fijnkeramische film en metaalfilm"
"Thermoreflectantiemethoden met lichtpulsverwarming voor thermofysische metingen van dunne films"
Tetsuya BABA
"Ontwikkeling van referentiemateriaal voor dunne film voor thermische diffusie"
Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Tetsuya BABA
"Directe observatie van thermische energieoverdracht over de dunne metaalfilm op siliciumsubstraten door een thermoreflectantietechniek met detectie van het verwarmingsfront"
Shakhawat H. FIROZ, Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Kazuko ISHIKAWA, Tetsuya BABA
"Meting van thermische diffusie in een diamanten aambeeldcel met behulp van een thermoreflectantietechniek met lichtpuls"
Takashi YAGI, Tetsuya BABA, et al.
Specificaties
| NanoTR | ||
|---|---|---|
| Pomplaser | Pulsbreedte Golflengte Bundeldiameter | 1 ns 1550 nm 100 μm |
| Sonde Laser | Pulsbreedte Golflengte Bundeldiameter | continu 785 nm 50 μm |
| Meetpunten | 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 effusiviteit, grensvlakweerstand | |
| Laagdikte monster (RF-methode) | Hars Keramiek Metaal | 30 nm ... 2 μm 300 nm ... 5 μm 1 μm ... 20 μm |
| Laagdikte monster (FF-methode) | Dikker dan 1 μm | |
| Substraat | Materiaal Grootte Dikte | Ondoorzichtig/Transparant 10 ... 20 mm vierkant 1 mm max. |
| Warmtediffusie | Bereik | 0.01 ... 1000 mm²/s |
| Nauwkeurigheid | ± 6,2% met 40 min meettijd, voor CRM 5808A in RF-modus, 400 nm dikte | |
| Herhaalbaarheid | ± 5% | |
| Software | Berekening van thermische eigenschappen, meerlaagse analyse, database |
Software
In-situ weergave en analyse van 100.000 opnamen
De geavanceerde meet-/analysesoftware van NanoTR/PicoTR heeft een eenvoudig te bedienen gebruikersinterface waarmee de thermische eigenschappen van dunne films nauwkeurig bepaald kunnen worden. De focus van de laserstraal kan worden aangepast door de software en er kan een CCD-beeld worden verkregen.
NanoTR/PicoTR software draait onder Microsoft Windows.
De plot laat zien dat in 1 μs meettijd één meetcurve kan worden verkregen.
Resultaten verkrijgen in enkele minuten
Verwante apparaten
