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(kuò)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(shí)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(kuò)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(shí)，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(shí)，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(gè)接口	熱邊界導(dǎo)熱系數(shù)（MW/m2.K）

（激光點(diǎn)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(jià)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(shí)現(xiàn)的功能

微尺度熱導(dǎo)率評估

通過使用微尺度激光點(diǎn)和三維熱擴(kuò)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(kuò)展FDTR功能

除了使用電動(dòng)平臺(tái)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)驗(yàn)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(xiàng)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(dòng)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)。