薄膜是指厚度從納米到微米范圍的表面材料。由于厚度和溫度的影響,它們的熱物理性質(zhì)與塊狀材料差別很大。薄膜通常用于半導(dǎo)體、熱電材料、相變存儲(chǔ)器、發(fā)光二極管、燃料電池和光存儲(chǔ)介質(zhì)等行業(yè)中,這些行業(yè)應(yīng)用會(huì)在基底上沉積一層薄膜,以賦予設(shè)備特定的功能。
頻域熱反射導(dǎo)熱儀 TF-LFA,是林賽斯與德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)合作研發(fā)的,是在時(shí)域熱反射法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新探測(cè)手段,F(xiàn)DTR(頻域熱反射)是一種在頻域內(nèi)對(duì)薄膜熱性能進(jìn)行非接觸表征的技術(shù)。使用了波長(zhǎng)為 532 nm 的連續(xù)激光(探測(cè)激光),同時(shí)使用不同波長(zhǎng)(405 nm)的調(diào)制泵浦激光對(duì)樣品進(jìn)行加熱。利用熱擴(kuò)散傳輸模型對(duì)頻域響應(yīng)進(jìn)行建模,可以確定薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)、體積熱容、熱擴(kuò)散系數(shù)、傳熱效率和邊界導(dǎo)熱系數(shù)。
類型 | TF - LFA L54 |
樣品尺寸: | 2 mm x 2 mm 和 25 mm x 25 mm 之間的任意形狀 |
薄膜樣品: | 10 nm - 20 μm * (取決于樣品) |
溫度范圍: | RT, RT - 200 ℃ / 500 °C, 4'' 晶圓樣品支架(僅限于室溫) |
氣氛: | 惰性、氧化或還原,真空度可達(dá) 10E-4 mbar |
熱擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量范圍: | 0.01 - 1200 mm2/s (取決于樣品) |
泵浦激光: | 泵浦激光器(405 nm,300 mW,調(diào)制頻率高達(dá) 200 MHz) |
探測(cè)激光: | CW Laser(532 nm,25 mW) |
檢測(cè)器: | Si 基光電探測(cè)器,有效直徑:0.2 mm,帶寬:DC - 400 MHz |
軟件: | 包含使用多層分析計(jì)算熱物理性質(zhì)的軟件包 |
* 實(shí)際厚度范圍取決于樣品 |
二氧化硅(石英)薄膜在半導(dǎo)體和電子工業(yè)中經(jīng)常被用作保護(hù)層、熱絕緣層或電子絕緣層。在這個(gè)例子中,我們使用 TF-LFA L54 對(duì)二氧化硅膜進(jìn)行了研究,以全面鑒定其熱學(xué)特性。
氮化鋁經(jīng)常被用作傳感器或微電子器件中的隔熱層或電子絕緣層。在此應(yīng)用中,我們通過(guò)林賽斯 TF-LFA L54 研究了不同厚度的氮化鋁薄膜的熱性能。
高導(dǎo)熱性的金剛石樣品可使用林賽斯 TF-LFA L54 進(jìn)行測(cè)量,該分析儀利用頻域熱反射技術(shù)來(lái)表征材料的熱性能,并確保在高效散熱至關(guān)重要的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制。準(zhǔn)確的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量對(duì)于驗(yàn)證金剛石樣品的質(zhì)量和性能至關(guān)重要,因?yàn)橹T如晶粒尺寸、純度和厚度等因素會(huì)影響其輸運(yùn)性質(zhì)。
如圖是化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石樣品的測(cè)量結(jié)果,X 軸顯示以赫茲為單位的對(duì)數(shù)刻度頻率,而 Y 軸表示泵浦激光激發(fā)與探測(cè)激光之間的相移。其中 λ 是導(dǎo)熱系數(shù),α 是熱擴(kuò)散系數(shù),e 是傳熱效率,TBC 是換能器層(金)與樣品(金剛石)之間的邊界熱傳導(dǎo)性,它決定了材料組合之間相互換熱的能力。
頻域熱反射(FDTR)是測(cè)量像化學(xué)氣相沉積金剛石這類材料導(dǎo)熱系數(shù)的首選方法,尤其適用于對(duì)高空間分辨率有重要要求的薄膜和微觀尺寸樣品。林賽斯 TF-LFA L54 是實(shí)現(xiàn)這一目的的理想工具。頻域熱反射技術(shù)使用調(diào)制激光在樣品中引發(fā)局部加熱,并在不同的調(diào)制頻率下測(cè)量材料的熱反射響應(yīng)。這種技術(shù)使研究人員能夠通過(guò)對(duì)穿過(guò)金剛石及其界面的熱流進(jìn)行建模來(lái)確定導(dǎo)熱系數(shù)。