12.06.2023 by Aileen Sammler
NanoTR och PicoTR - Instrumentlinje för termisk karakterisering av tunna skikt
Nanotekniken får allt större betydelse inom en rad olika områden. Inom områdena kommunikation, medicin, miljö, energi, flyg och rymd etc. packar tillverkarna in allt mer på allt mindre ytor, och den värme som frigörs blir ett allt större problem. Kunskap om materialens termofysikaliska egenskaper spelar därför en viktig roll för att möjliggöra ett optimalt värmeflöde. Med hjälp av NETZSCH Time Domain Thermoreflectance Methods kan vi mäta dem.
Termisk hantering av tunna filmer
Bestämning av materialens Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga och värmediffusivitet kan göras med den etablerade laser/ljusblixtmetoden (LFA). Denna LFA-metod kan normalt användas för prover med en tjocklek på mellan 0,1 mm och 6 mm. I takt med den alltmer avancerade designen av elektroniska instrument och de därmed sammanhängande kraven på effektiv värmehantering blir det allt viktigare med exakta mätningar av värmediffusivitet, Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga och övergångskontaktmotstånd i nanometerområdet. Inom detta applikationsområde varierar materialens tjocklek från 10 nm till 2 µm. De kan vara i form av fasförändringslager (PCM), termoelektriska tunnfilmer, lysdioder (LED), dielektriska gränssnittslager eller till och med transparenta ledande filmer (PFD).
Tjockleken på nanometertunna filmer är ofta mindre än den typiska kornstorleken. Följaktligen skiljer sig deras termofysikaliska egenskaper avsevärt från värdena för bulkmaterial. Med minskande kornstorlek (filmtjocklek) minskar den termiska diffusiviteten - särskilt i området för elektronernas genomsnittliga fria väg. Därför kan den termiska diffusiviteten hos bulkmaterial vara flera gånger högre än den hos tunna filmer. På grund av detta är det viktigt att bestämma den termiska diffusiviteten även på tunna filmer.
Termoreflektans i tidsdomän genom pulsad ljusuppvärmning: Laserblixtmetoden för tunna filmer
NanoTR och PicoTR är de system för termisk analys som används för tunna filmer. De är världens första analysatorer för högprecisionsmätningar av termofysikaliska egenskaper hos metall-, oxid-, organiska och andra filmer, ursprungligen utvecklade av National Metrology Institute of Japan (NMIJ) vid AIST. Dessa instrument möjliggör snabba och mycket exakta mätningar av Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheten mm2/s) är en materialspecifik egenskap för att karakterisera instationär värmeledning. Detta värde beskriver hur snabbt ett material reagerar på en temperaturförändring.termisk diffusivitet, termisk effusivitet, Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.termisk konduktivitet och gränsytans termiska motstånd för filmer med en tjocklek från flera nanometer till flera tiotals mikrometer, formade på vilket substrat som helst.
Hur fungerar det?
Den främre eller bakre ytan av en tunn film på ett substrat värms upp av en pulsad laserkälla (pumplaser). Samtidigt bestrålas den tunna filmens främre yta av en laserkälla för temperaturövervakning (sondlaser). I kombination med fotodetektorn kan reflektionsförmågan utvärderas som en funktion av tiden och kurvan för temperaturökningen kan erhållas. Genom att anpassa den matematiska modellen till temperaturens historiska kurva kan den termiska diffusiviteten bestämmas.
Genom att mäta den konstanta energi som sänds ut av en provlaser och reflekteras av provet kan temperaturförändringarna på ytan registreras exakt och snabbare än med konventionella IR-strålningsdetektorer.
Bestämningen av den termiska diffusiviteten och gränsytans värmemotstånd kan göras med hjälp av bakre uppvärmning/frontdetektering (RF-läge) och främre uppvärmning/frontdetektering (FF-läge).
Både NanoTR och PicoTR möjliggör absoluta mätningar av den termiska diffusiviteten hos tunna filmer i ett tjockleksintervall på flera 10 μm ner i nanometerområdet.
Dina fördelar i korthet:
- Termofysikalisk analys av tunna filmer, inklusive flerskiktsstrukturer: NanoTR och PicoTR kan mäta den termiska diffusiviteten, den termiska effusiviteten och konduktiviteten hos tunna filmer och det termiska gränssnittsmotståndet mellan tunna filmer i flerskiktsfilmer. NanoTR och PicoTR möjliggör mycket sofistikerade termiska konstruktioner för halvledaranordningar.
- Mätning med hög hastighet: NanoTRden toppmoderna signalbehandlingstekniken möjliggör höghastighetsmätningar.
- RF- och FF-konfigurationer: NanoTR och PicoTR kan konfigureras för både RF- (bakre uppvärmning / / främre detektering) och FF-mätningar (främre uppvärmning / / främre detektering), vilket möjliggör mätning av en mängd olika prover.
- Analys med hög precision: Dessa instrument ger mätningar med hög precision av de termofysikaliska egenskaperna hos metalliska, organiska och andra filmer. Den höga noggrannheten kan bekräftas med NMIJ:s certifierade referensmaterial (NMIJ CRM).
- Största tjockleksintervall: I kombination med våra LFA-instrument kan vi erbjuda lösningar för tunna filmer i nanometerområdet upp till bulkmaterial i millimeterområdet.
