Description
En bref
La détermination des propriétés thermophysiques des matériaux et l’optimisation des flux de chaleur dans les produits finis deviennent de plus en plus importantes pour de nombreuses applications industrielles.
C’est pourquoi la méthode flash est devenue la technique la plus couramment utilisée pour mesurer la conductivité et diffusivité thermique de divers solides, poudres et liquides au cours des dernières décennies.
À l’ère des nanotechnologies, de plus en plus d’industries et d’utilisateurs ont besoin de données précises pour des couches très fines.
L’industrie des semi-conducteurs, avec des produits typiques tels que les diodes électroluminescentes (DEL; anglais: LED), les mémoires à changement de phase ou les écrans plats, est la plus demandeuse.
Plusieurs couches de différents matériaux sont souvent déposées sur un substrat afin de créer un composant ayant une fonction spécifique.
Les propriétés physiques des couches minces étant généralement différentes de celles d’un matériau épais, leur caractérisation est essentielle pour la conception et l’optimisation de la gestion thermique.
Basé sur la technologie éprouvée du flash laser, l’appareil Linseis Laserflash for Thin Films (TF-LFA) offre désormais toute une série de nouvelles possibilités pour l’analyse des propriétés des couches minces d’une épaisseur de 10 nm à 20 µm.
Propriétés thermiques :
- Conductivité thermique
- Capacité thermique volumétrique
- Diffusivité thermique
- Effusivité thermique
- Conductivité thermique éffective
Couches minces :
Les couches minces sont des matériaux d’une épaisseur de quelques nanomètres à quelques micromètres qui sont appliqués sur des substrats.
Leurs propriétés thermophysiques diffèrent considérablement de celles des matériaux épais et dépendent de l’épaisseur et de la température.
Les couches minces sont généralement utilisées dans les semi-conducteurs, les LED, les piles à combustible et les supports de stockage optiques.
Différents types de couches minces
- Couche mince : couche de quelques nm à µm
- Les couches sont obtenues par croissance sur un substrat spécial
- Les techniques de croissance typiques sont les suivantes
- PVD (par exemple, pulvérisation cathodique, vaporisation thermique)
- CVD (PECVD, LPCVD, ALD)
- Dépôt de goutte, revêtement centrifuge et impression
- De nombreux types de couches différentes, y compris :
- Couches semi-conductrices (p. ex. thermoélectriques, capteurs, transistors)
- Couches métalliques (utilisées comme contacts)
- Revêtements à barrière thermique
- Revêtements optiques
Échantillon multicouche
Couche mince
(par exemple, semi-conducteur, métal, composé organique, oxyde)
Substrats
(par exemple Si, Si3N4, silice fondue)
FDTR
Domaine des fréquences
Le FDTR est une méthode sans contact permettant de caractériser les propriétés thermiques des couches minces dans le domaine des fréquences. Il utilise l’effet de la thermoréflectance pour créer un thermomètre très sensible permettant de mesurer la température de surface de l’échantillon en mesurant sa réflectivité.
Un laser de mesure continu (« probe laser ») d’une longueur d’onde de 532 nm est utilisé à cette fin, tandis qu’un laser de chauffage (« pump laser ») à modulation harmonique d’une longueur d’onde différente (405 nm) est utilisé.
Le chauffage local entraîne des changements de la réflectivité et le retard de phase entre l’excitation thermique et la réflectance mesurée est mesuré à l’aide d’un amplificateur lock-in.
La modélisation de la réponse dans le domaine des fréquences à l’aide d’un modèle de transport de chaleur diffusif permet de déterminer la conductivité thermique, la capacité thermique volumétrique, la diffusivité thermique, l’effusivité thermique et la conductance de l’interface thermique.
Une fine couche métallique de transducteur (60-70 nm d’épaisseur) est appliquée à la surface des échantillons afin d’augmenter le coefficient de réflexion de la température, dR/dT, et de réduire en même temps la profondeur de pénétration optique dans le matériau.
Avantages :
- Plage de mesure élargie
- Une manipulation plus facile
- Une plus grande stabilité
- Des résultats plus précis
- Possibilité de mesurer la résistance thermique de contact entre deux couches
- Plus de nécessités d’hypothèses quant à la capacité thermique et la densité des couches minces de l’échantillon
Comparaison des méthodes FDTR et TDTR
Notre système FDTR (Frequency-Domain Thermoreflectance) avancé offre des avantages significatifs par rapport à la méthode TDTR (Time-Domain Thermoreflectance) conventionnelle en optimisant la configuration et en augmentant la stabilité des mesures.
Le laser de mesure n’a pas besoin d’être ajusté : contrairement à l’arrangement TDTR, où le laser de mesure doit être ajusté par rapport à l’échantillon parce que la réflexion change légèrement lorsque l’échantillon change, notre système FDTR élimine ce besoin.
Notre système est doté d’un système de focalisation automatique qui ajuste en permanence la focalisation du laser de mesure à toute modification de l’échantillon, garantissant ainsi des conditions de mesure optimales sans intervention manuelle.
Lasers alignés : Grâce aux lasers parfaitement alignés de notre système FDTR, le faisceau du laser de mesure n’a pas besoin d’être ajusté, ce qui facilite la mise en place de l’échantillon et rend les mesures plus stables.
Caractéristiques uniques
Caractérisation thermique complète :
- Mesure de la conductivité thermique, de la capacité calorifique,
de la diffusivité thermique et de l'effusivité thermique - Détermination du contact thermique entre deux couches voisines
Fonction d'anisotropie:
- Fonction optionnelle permettant de
mesurer la conductivité thermique
dans le sens de passage (à travers
le matériau) et dans le plan
(perpendiculaire à l'excitation laser)
Large gamme de températures:
- L'appareil peut mesurer les propriétés thermiques
des films minces à température ambiante jusqu'à 500°C
Imagerie thermique:
- Avec la fonction optionnelle de
cartographie de l'échantillon ,
les propriétés thermiques de
l'échantillon peuvent être
suivies sur une zone spécifique
ou sur des points de la surface,
ce qui est idéal pour les tests
d'homogénéité
Optimisation automatique et option caméra :
- Optimisation automatique du faisceau laser pour
améliorer les résultats des mesures - Option de caméra supplémentaire qui fournit des
informations visuelles sur et facilite la sélection des
points intéressants sur la surface de l'échantillon
Mesure du contact thermique
résistances/valeurs conductrices :
- Mesure du contact thermique
entre deux couches, par exemple
entre l'échantillon et la surface ou
entre l'échantillon et la couche du
transducteur
Service d'assistance téléphonique
+49 (0) 9287/880 0
Notre service est disponible du lundi au
jeudi de 8h à 16h
et vendredi de 8h à 12h.
Nous sommes là pour vous !
Spécifications
Noir sur blanc
MODEL | TF-LFA |
|---|---|
| Sample dimensions: | Any shape with a side length between 2mm and 25mm |
| Thin-film samples: | 10nm up to 20μm* (depending on the sample)’ |
| Temperature range: | RT, RT up to 200/500°C sample holder for 4‘’ wafer (RT only) |
| Measured properties: | Thermal conductivity Temperature conductivity Thermal surface resistance Volumetric specific heat capacity Thermal capacity |
| Options: | Anisotropy: Measurement of thermal properties across and in-plane Sample imaging: Scanning of multiple sample positions in a point-by-point or group-wise fashion. Mapping area: 10 mm² Step size: 50 µm Camera: Enables the user to view the current sample surface and the position of the laser beams in order to capture the actual measurement position. |
| Atmospheres: | inert, oxidising or reducing vacuum up to 10E-4 |
| Measuring range for diffusivity: | 0.01mm2/s up to 1200mm2/s (depending on the sample) |
| Pump laser: | CW laser (405 nm, 300 mW, modulation frequency up to 200 MHz) |
| Probe laser: | CW laser (532 nm, 25 mW) |
| Photodetector: | Si avalanche photodiode, active diameter: 0.2 mm, bandwidth: DC - 400MHz |
| Power supply: | AC 100V ~ 240V, 50/60 Hz, 1 kVA |
| Software: | Included. Software package for calculating thermophysical properties through multi-layer analysis |
| *Specs depend on configurations | |
Fiche technique
Logiciel
Rendre les valeurs visibles et comparables
Tous les appareils d’analyse thermique LINSEIS sont contrôlés par PC, les modules logiciels individuels fonctionnant exclusivement sous les systèmes d’exploitation Microsoft® Windows®.
Le logiciel complet se compose de 3 modules : contrôle de la température, acquisition des données et évaluation des données.
Comme pour d’autres expériences thermoanalytiques, le logiciel LINSEIS offre toutes les fonctions essentielles pour la préparation, la réalisation et l’évaluation des mesures.
Grâce à nos spécialistes en informatique et à nos experts en applications, LINSEIS a réussi à développer ce logiciel facile à comprendre et très pratique.
Logiciels généraux
- Entièrement compatible avec MS® Windows™
- Sauvegarde des données en cas de panne de courant
- Évaluation de la mesure en cours
- Comparaison des courbes
- Stockage et exportation des évaluations
- Exportation et importation de données ASCII
- Exportation des données vers MS Excel
Logiciel d’évaluation
- Détermination de la résistance de contact
- Modèle de transfert de chaleur multicouche pour la détermination simultanée de la conductivité thermique, de la diffusivité thermique, de l’effusivité thermique et de la capacité thermique volumétrique
- Vérification la faisabilité de la mesure
- Diagramme de sensibilité
Logiciel de mesure
- Saisie simple et conviviale des paramètres pour le contrôle de la température, du gaz, etc.
- Affichage automatique d’une mesure corrigée en fonction de l’impulsion.
- Mesure entièrement automatique
Applications
Exemple d’application : Couche mince de SiO2 504 nm
Nitrure d'aluminium AIN 200 nm
Exemple d’application : Nitrure d’aluminium AIN
Nitrure d'aluminium AIN 800 nm
Nitrure d'aluminium AIN 1600 nm
Bien informé
