Få nya insikter: Analysera och testa med ” PicoTR ” redan id

Höjdpunkter

Metod

Specifikationer

Programvara

Kontakt

Media

Höjdpunkter

Metod för bestämning 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 i tjockleksintervallet nanometer

Termoreflektansmetoder med TidsdomänEn tidsdomänanalys baseras på förändringar i fysiska signaler som är relaterade till tid. En tidsdomängraf visar hur en signal förändras över tiden. När det gäller termoreflektans eller laserblixtmetoden registreras detektorsignalen (spänningsändringen) - åtminstone - under tidsintervallet mellan energitillförseln och signalmaximum (t.ex. RF-läge) eller som en funktion av den förväntade värmediffusionstiden (t.ex. FF-läge).tidsdomän

Metod för bestämning av värmediffusivitet i tjockleksintervallet nanometer

Med de betydande framstegen inom design av elektroniska enheter och det därmed sammanhängande behovet av en effektiv värmehantering är noggranna 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 i nanometerområdet mer än någonsin avgörande.

National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) i Japan svarade redan i början av 90-talet på industrins krav genom att utveckla en "termoreflektansmetod med pulsad ljusuppvärmning". PicoTherm Corporation grundades 2008 med lanseringen av en nano-sekunds termoreflektansapparat "NanoTR" och en pico-sekunds termoreflektansapparat "PicoTR", som möjliggör absoluta mätningar av den termiska diffusiviteten hos tunna filmer i ett tjockleksintervall på flera 10 μm ner till nanometerområdet.

I oktober 2020 gick PicoTherm med i NETZSCH Group som ett dotterbolag till NETZSCH Japan. I kombination med våra LFA-system kan NETZSCH nu erbjuda en lösning för tunna filmer i nanometerområdet upp till bulkmaterial i mm-området.

Test av värmeledningsförmåga hos bandkabel med tunn film

Med de stora framstegen inom konstruktionen av elektroniska enheter och det därmed sammanhängande behovet av en effektiv värmehantering är noggranna 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 i nanometerområdet mer än någonsin avgörande.

Metod

Termoreflektansmetoder i TidsdomänEn tidsdomänanalys baseras på förändringar i fysiska signaler som är relaterade till tid. En tidsdomängraf visar hur en signal förändras över tiden. När det gäller termoreflektans eller laserblixtmetoden registreras detektorsignalen (spänningsändringen) - åtminstone - under tidsintervallet mellan energitillförseln och signalmaximum (t.ex. RF-läge) eller som en funktion av den förväntade värmediffusionstiden (t.ex. FF-läge).tidsdomän - Laserblixtmetoden för tunna filmer

Med PicoTR kan laserpulser (pumplaser) med en pulsbredd på 0,5 ps och en tidsperiod på 50 ns appliceras på provet. Temperaturresponstiden detekteras också av provlasern.

PicoTR gör att användaren enkelt kan växla mellan RT- och FF-läge.

PicoTR överensstämmer med de japanska industristandarderna JIS R 1689 och JIS R 1690.

Diagram som illustrerar en laserspektroskopiuppställning med pump- och probelaser, provkroppsinteraktion och detektionskomponenter.

Metoder för termoreflektans

Ultrasnabb laserblixtmetod - uppvärmning bakifrån/detektering framifrån (RF)

Bestämning 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 och gränsytans termiska resistans

Det faktum att de termofysikaliska egenskaperna hos tunna skikt och filmer skiljer sig avsevärt från egenskaperna hos motsvarande bulkmaterial kräver en teknik som övervinner begränsningarna hos den klassiska laserflashmetoden (LFA). Denna s.k. ultrasnabba laserblixtteknik är också känd som "rear heating/front detection"-metoden.
Mätuppställningen liknar den konventionella LFA: detektor och laser sitter på var sin sida om provet som är placerat på ett transparent substrat. Den uppmätta värmediffusiviteten är den komponent som går genom tjockleken vinkelrätt mot provets yta. Pumplasern bestrålar provets baksida.

När provet värms upp varierar dess TermoreflektansTermoreflektans är en metod för att bestämma den termiska diffusiviteten och värmeledningsförmågan hos tunna filmer med tjocklekar i nanometerområdet.termoreflektans på ytan. Den termiska diffusiviteten beräknas utifrån temperaturökningen (nedre diagrammet). Här bestämdes den termiska diffusiviteten för en tunn metallfilm (Mo) till 1,59 - ^10-5^m2/s.

RF-konfigurationsdiagram som illustrerar laserinteraktioner med ett prov på ett transparent substrat för materialanalys. — RF-konfiguration specifikt för transparenta ämnen

Temperaturhistorisk kurva för en tunn film av 90 nm Mo med mätningar av värmediffusivitet och konduktivitet. — Temperaturkurva och uppmätt 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 för tunn Mo-film (90 nm) med RF-metod

TermoreflektansTermoreflektans är en metod för att bestämma den termiska diffusiviteten och värmeledningsförmågan hos tunna filmer med tjocklekar i nanometerområdet.Termoreflektans i TidsdomänEn tidsdomänanalys baseras på förändringar i fysiska signaler som är relaterade till tid. En tidsdomängraf visar hur en signal förändras över tiden. När det gäller termoreflektans eller laserblixtmetoden registreras detektorsignalen (spänningsändringen) - åtminstone - under tidsintervallet mellan energitillförseln och signalmaximum (t.ex. RF-läge) eller som en funktion av den förväntade värmediffusionstiden (t.ex. FF-läge).tidsdomän - Frontvärme/Frontdetektering (FF)

Förutom RF-metoden kan mätningar också göras i en konfiguration med frontuppvärmning/frontdetektering (FF). Termen "front" avser den öppna ytan på den tunna film som deponerats på ett substrat, medan "baksida" avser gränsen mellan den tunna filmen och substratet.

I FF-mätuppställningen (övre bilden) är detektorn och lasern placerade på samma sida av provet. Ett område på den tunna filmens framsida med en diameter på flera tiotals mikrometer värms upp av en pumplaser, och en sondlaser pekar på samma position. Förändringen i yttemperaturen observeras.

Denna metod kan tillämpas på tunna skikt på icke-transparenta substrat för vilka RF-tekniken inte är lämplig.

I exemplet till vänster bestämdes den termiska diffusiviteten hos en tunn metallfilm (Mo) till 1,61 - 10-5 m2/s med FF-metoden. Resultaten visar på den höga överensstämmelsen mellan RF- och FF-metoderna (avvikelse < 2%).

FF-metoddiagram som illustrerar uppställningen för analys av ogenomskinliga och genomskinliga substrat med lasrar och en fotodetektor. — FF-konfiguration speciellt för ogenomskinliga substrat

Diagram som visar gasadsorptionsanalys med TG- och NH₃-mätningar, vilket illustrerar reaktionsdynamiken i termisk analys. — Temperaturhistorisk kurva och uppmätt 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 för tunn Mo-film (90 nm) med FF-metoden

NanoTR är i enlighet med JIS R 1689, JIS R 1690 och SI-spårbar genom tunnfilmsstandarden för värmediffusionstid (RM1301-a), som tillhandahålls av AIST.

JIS R 1689 "Bestämning 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 hos fina keramiska filmer genom termoreflektansmetod med pulsad ljusuppvärmning"
JIS R 1690 "Bestämning av gränsytans termiska motstånd mellan fin keramisk film och metallfilm"

"Termoreflektansmetoder med ljuspulsuppvärmning för mätning av termofysikaliska egenskaper hos tunna filmer"
Tetsuya BABA

"Utveckling av referensmaterial för termisk diffusivitet för tunna filmer"
Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Tetsuya BABA

"Direkt observation av överföring av värmeenergi över en tunn metallfilm på kiselsubstrat med hjälp av termoreflektansteknik med bakre värmefrontdetektering"
Shakhawat H. FIROZ, Takashi YAGI, Naoyuki TAKETOSHI, Kazuko ISHIKAWA, Tetsuya BABA

"Mätning av termisk diffusivitet i en cell med diamantstäd med hjälp av ljuspulstermoreflekteringsteknik"
Takashi YAGI, Tetsuya BABA, et al.

Specifikationer

		`PicoTR`
Pumplaser	Pulslängd Våglängd Stråldiameter	0.5 ps 1550 nm 45 μm
Laser för prov	Pulsbredd Våglängd Stråldiameter	0.5 ps 775 nm 25 μm
Uppmätta värden		Värmediffusivitet och värmegenomträngningskoefficienter, mellanlagrens värmemotstånd
Provskiktets tjocklek (RF-metod)	Harts Keramik Metall	10 nm ... 100 nm 10 nm ... 300 nm 100 nm ... 900 nm
Provskiktets tjocklek (FF-metoden)		Tjockare än 100 nm
Substrat	Material Storlek Tjocklek	Ogenomskinlig/genomskinlig 10 ... 20 mm kvadrat 1 mm max.
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	Område	0.01 ... 1000 mm²/s
	Noggrannhet	± 6,2 % med en mättid på 40 min, för CRM 5808A i RF-läge, 400 nm tjocklek
	Reproducerbarhet	± 5%
Programvara		Beräkning av termiska egenskaper, flerskiktsanalys, databas

Broschyrer och datablad

Programvara

In-situ-visning och analys av 100.000 skott

Den toppmoderna programvaran för mätning/analys på NanoTR/PicoTR har ett lätthanterligt användargränssnitt som gör det möjligt att exakt bestämma de termiska egenskaperna hos tunna filmer. Laserstrålens fokusering kan justeras med hjälp av programvaran och CCD-bilder kan tas fram.

NanoTR/PicoTR programvaran körs under Microsoft Windows.

Diagrammet visar att en mätkurva kan erhållas på 1 μs mättid.