頻域熱反射顯微測量系統(tǒng)

產(chǎn)品簡介
設(shè)備介紹

允許進(jìn)行多功能和創(chuàng)新的納米級熱分析

√ 精確評估薄膜和微粒的導(dǎo)熱系數(shù)

√ 使用三維擴散模型揭示各向異性的熱導(dǎo)率

√ 量化深層界面的熱邊界導(dǎo)熱系數(shù)

√ 在微觀尺度上可視化熱性能分析

產(chǎn)品型號：FDTR

更新時間：2025-10-27

廠商性質(zhì)：經(jīng)銷商

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市面上新技術(shù)(FDTR)

頻域熱反射顯微測量系統(tǒng)

頻域熱反射測量系統(tǒng)設(shè)備介紹

允許進(jìn)行多功能和創(chuàng)新的納米級熱分析

√ 精確評估薄膜和微粒的導(dǎo)熱系數(shù)

√ 使用三維擴散模型揭示各向異性的熱導(dǎo)率

√ 量化深層界面的熱邊界導(dǎo)熱系數(shù)

√ 在微觀尺度上可視化熱性能分析

基本原理：頻域熱反射

什么是熱反射？

熱反射是材料表面相對于溫度的反射光的變化。

當(dāng)溫度變化量小于10K時，熱反射呈線性變化。

（C_TR : 熱反射系數(shù)）

熱反射檢測用泵浦探測方法

泵浦激光器以特定頻率調(diào)制，周期性地加熱樣品表面。同時，同軸照射探針激光器，從反射的探針光中檢測出與表面溫度相關(guān)的熱反射成分熱反射信號中的相位延遲。

（在樣品表面沉積一層金轉(zhuǎn)換器層對于有效地將泵送能量轉(zhuǎn)化為熱量以及將由此產(chǎn)生的溫度變化轉(zhuǎn)化為反射率變化是必要的。）

熱反射信號中的相位延遲

加熱信號和熱反射信號具有相同的頻率，但兩者之間存在相位延遲，這種相位延遲取決于樣品的熱物理性質(zhì)和幾何形狀。

跨頻率的相位曲線測量

將泵浦激光器的調(diào)制頻率（加熱頻率）從低到高掃描，繪制相位延遲曲線，通常在10分鐘內(nèi)可得到相位曲線。

數(shù)據(jù)擬合和參數(shù)提取

熱物理性質(zhì)是通過將得到的相曲線擬合到熱傳輸模型來定量評估的。該模型包括以下參數(shù)。

各層參數(shù)	跨平面和面內(nèi)熱導(dǎo)率（W/m·K）、體積比熱容（kJ/m3·K）及厚度（nm）
參數(shù)在每個接口	熱邊界導(dǎo)熱系數(shù)（MW/m2.K）

（激光點尺寸和泵浦激光器與探測激光器之間的偏移距離也被包括在內(nèi)作為擬合參數(shù)。）

頻域熱反射測量系統(tǒng)主要應(yīng)用領(lǐng)域

√ 半導(dǎo)體行業(yè)：評價薄膜和襯底之間的熱邊界電導(dǎo)率，以及散熱填料顆粒的熱導(dǎo)率，可用于芯片熱失效分析、電子封裝材料界面熱傳導(dǎo)評估。

√ 熱電轉(zhuǎn)換器的材料開發(fā)：用于測量薄膜和小晶粒的熱導(dǎo)率 (通過平面和內(nèi)部) , 從而優(yōu)化熱電器件尺寸小到納米級來降低熱導(dǎo)率。

Part.1

通過激光掃描和微聚焦光束實現(xiàn)的功能

微尺度熱導(dǎo)率評估

通過使用微尺度激光點和三維熱擴散模型，可以評估各向異性的熱導(dǎo)率。該裝置還能夠測量微尺度顆粒中的熱導(dǎo)率。

用激光掃描擴展FDTR功能

除了使用電動平臺掃描進(jìn)行FDTR映射外，激光束掃描還能夠評估平面內(nèi)的熱導(dǎo)率和熱邊界傳導(dǎo)。

Part.2

熱物理領(lǐng)域的突破性應(yīng)用

熱導(dǎo)率表征

塊狀基材- 藍(lán)寶石和金剛石

本案例展示了在藍(lán)寶石和金剛石基板上進(jìn)行的熱導(dǎo)率測量。擬合結(jié)果顯示，藍(lán)寶石基板的熱導(dǎo)率為30.8W/m·K，而金剛石基板的熱導(dǎo)率為2820.0W/m·K，這表明即使具有高熱導(dǎo)率的材料也能進(jìn)行定量評估。

薄膜- 厚度為100納米的非晶Ge_1-xSn_x

本研究對四種厚度約100納米、沉積在硅基底上的非晶鍺錫薄膜的導(dǎo)熱性能進(jìn)行了研究，這些薄膜含有不同濃度的錫元素。結(jié)果表明，隨著錫含量的增加，導(dǎo)熱性能明顯降低。

熱邊界導(dǎo)熱系數(shù)的表征

微粒- 18um單晶氧化鋁顆粒

下圖表展示了一個案例研究，評估了粒徑為18um的單晶氧化物顆粒的熱導(dǎo)率。這些顆粒具有粗糙/多面體結(jié)構(gòu)，因此我們精化物顆粒的熱導(dǎo)率。這些顆粒具有粗糙/多面體結(jié)構(gòu)，因此我們精射信號。擬合結(jié)果顯示，這些顆粒的熱導(dǎo)率與塊狀氧化鋁相當(dāng)。

各向異性材料- 塊狀單晶La₅Ca₉Cu₂₄O₄₁(LCCO)

本研究通過將熱導(dǎo)率分解為橫向和縱向分量進(jìn)行擬合，揭示了塊狀單晶La₅Ca₉Cu₂₄O₄₁(LCCO)材料的各向異性熱導(dǎo)特性。結(jié)果表明:由于磁振子效應(yīng)，其橫向熱導(dǎo)率較高;而縱向熱導(dǎo)率較低，主要由源于聲子效應(yīng)。

熱邊界導(dǎo)熱系數(shù) - PVD與濺射

通過對比實驗數(shù)據(jù)，我們揭示了采用物理氣相沉積(PVD)與濺射工藝制備金基板時，其在藍(lán)寶石襯底界面處的熱邊界傳導(dǎo)系數(shù)(TBC)變化規(guī)律。實驗數(shù)據(jù)顯示:PVD工藝下的TBC值為138.0兆瓦/m²·K，而濺射工藝則達(dá)到306.5兆瓦/m²·K，襯底的熱導(dǎo)率在兩種工藝下類似。

熱邊界導(dǎo)熱率 - 熔融結(jié)合硅界面

一項模擬研究探討了FDTR能否檢測融合鍵合硅晶圓界面處復(fù)合熱邊界導(dǎo)熱系數(shù)(c-TBC)的變化--該參數(shù)綜合反映了多層介質(zhì)層與界面的共同作用在熔融硅晶圓界面。假設(shè)c-TBC為4.0MW/m²·K 且波動幅度±40%，光束直徑為50um，結(jié)果顯示，20um厚度以下的硅層，可以在10-50 kHz低頻范圍內(nèi)獲得有效的測量數(shù)據(jù)。