Description
En bref
Saisir de nouvelles opportunités
Système révolutionnaire de caractérisation des propriétés physiques des couches minces. Plate-forme de mesure hautement intégrée et facile à utiliser.
Les propriétés physiques des films minces diffèrent de celles des matériaux compacts, car les effets de surface parasites sont beaucoup plus importants en raison des dimensions réduites et des rapports d’aspect élevés.
- Influence croissante de la diffusion de surface (a)
- Diffusion supplémentaire aux bords (b)
- Confinement quantique pour les couches très minces (c)
L’analyseur de couches minces TFA de LINSEIS est l’outil idéal pour caractériser une large gamme d’échantillons de couches minces de manière extrêmement confortable et rapide. Il s’agit d’un système simple et autonome, facile à utiliser, qui fournit des résultats de la plus haute qualité grâce à une conception unique (en attente de brevet).
Composantes du TFA
La configuration de base consiste en un capteur de mesure à usage unique (« puce ») sur laquelle l’échantillon peut être facilement déposé, et en une enceinte de mesure qui fournit les conditions environnementales requises. En fonction de l’application, le dispositif peut être utilisé avec un amplificateur lock-in et/ou un aimant électrique puissant. Les mesures sont généralement effectuées sous vide secondaire et la température des échantillons peut être contrôlée entre -170°C et 280°C pendant la mesure à l’aide de LN2 et d’un système de chauffage puissant.
Capteurs de mesure pré-structurées
La puce combine deux technioques de mesure: la technique 3 Omega pour la mesure de la conductivité thermique et la méthode à quatre pointes de Van-der-Pauw pour la détermination des propriétés de transport électrique.
Le coefficient Seebeck peut être mesuré à l’aide de thermistances supplémentaires placés près des électrodes de Van-der-Pauw. Pour faciliter la préparation de l’échantillon, on peut utiliser un masque autocollant ou un masque métallique.
Cette configuration permet une caractérisation quasi simultanée d’un échantillon qui a été préparé par PVD (par exemple: évaporation thermique, pulvérisation, MBE), CVD (par exemple, ALD), spin coating, drop casting ou impression à jet d’encre en une seule étape.
Le grand avantage de ce système est la détermination simultanée d’une large gamme de propriétés physiques au cours d’une seule série de mesures. Toutes les mesures sont effectuées dans la même direction (dans le plan) et sont très comparables.
1. Mesure de Van-der-Pauw
Pour déterminer la conductivité électrique (σ) et le constante Hall (AH) de l’échantillon, on utilise la méthode de Van-der-Pauw. Après avoir déposé l’échantillon sur la puce, il est déjà connecté à quatre électrodes A, B, C et D sur leur bord.
Pour la mesure, un courant est appliqué entre deux des contacts et la tension correspondante entre les deux autres est mesurée. En changeant les contacts dans le sens des aiguilles d’une montre et en répétant la procédure, la résistivité de l’échantillon peut être calculée à l’aide de l’équation de Van-der-Pauw. En appliquant un champ magnétique et en mesurant le changement correspondant de la résistance diagonale de Van-der-Pauw, la constante Hall de l’échantillon peut être calculé. La mobilité et la concentration des porteurs de charge peuvent être calculés.
2. Mesure du coefficient Seebeck
Pour déterminer le coefficient Seebeck, un thermomètre et un dispositif de chauffage supplémentaires sont placés sur la puce à proximité de l’échantillon. Cette configuration permet de mesurer lae voltage thermo-électrique à différents gradients de température qui peuvent être utilisés pour calculer le coefficient Seebeck S=-Vth/∆T.
3. Mesure de la conductivité thermique d’une couche mince
Pour déterminer la conductivité thermique dans le plan, on utilise un dispositif de membrane suspendue à bandes chaudes. Dans ce dispositif, un très petit fil métallique sert à la fois de chauffage et de capteur de température. L’échantillon étudié est déposé directement sur cette membrane. Pour la mesure en question, un courant est appliqué au fil chauffant qui est chauffé par effet Joule. En raison de l’augmentation de la température, la résistivité du fil change et peut être mesurée facilement.
À partir de ce changement de résistivité et de la connaissance de la géométrie exacte du montage, il est possible de calculer la conductivité thermique de l’échantillon. En fonction de l’échantillon, il est également possible de mesurer l’émissivité et la chaleur spécifique. Pour obtenir des résultats de haute qualité, l’épaisseur de l’échantillon multipliée par la conductivité thermique de l’échantillon doit être égale ou supérieure à 2 x 10-7 W/K.
Conception modulaire
En partant d’une configuration de base permettant de mesurer la conductivité thermique, le système peut facilement être complété soit par le kit thermoélectrique pour mesurer la conductivité électrique et le coefficient Seebeck, soit par le kit magnétique pour mesurer la constante de Hall, la mobilité et la concentration des porteurs de charge.
Configurations du système
Système de base / kit thermoélectricité / kit aimant / option de refroidissement
Les options d’emballage suivantes sont disponibles pour l’analyseur de couches minces LINSEIS (TFA) :
Dispositif de base
Composé d’une enceinte de mesure, d’une pompe à vide, d’un porte-échantillon avec chauffage intégré, d’un amplificateur lock-in pour la méthode 3ω, d’un PC et du logiciel LINSEIS comprenant les logiciels d’acquisition de données et d’évaluation. La conception est optimisée pour mesurer les propriétés physiques suivantes :
- λ – Conductivité thermique
- cp – Chaleur spécifique
Kit thermoélectricité
Composé d’une électronique de mesure étendue (DC) et d’un logiciel d’évaluation pour les expériences thermoélectriques.
La conception est optimisée pour mesurer les paramètres suivants :
- ρ – résistivité électrique / σ – conductivité électrique
- S – Coefficient Seebeck
Kit aimant
Deux kits d’aimants sont disponibles
Soit un électro-aimant (EM) avec alimentation, inverseur de champ, circuit de sécurité et refroidissement par eau, soit une configuration à deux aimants permanents et mobiles (PM).
L’électro-aimant permet à l’utilisateur d’appliquer un champ variable de +/- 1 Tesla perpendiculairement à l’échantillon.
La configuration à aimant permanent ne peut être utilisée que pour appliquer trois points de champ définis (+0,5 T, 0T et -0,5T) à l’échantillon.
Les deux modèles sont optimisés pour mesurer les paramètres suivants :
- AH – Constante de Hall
- μ – Mobilité (calcul en fonction du modèle)
- n – Concentration des porteurs de charge (calcul selon le modèle)
Option basse température pour un refroidissement contrôlé
- Refroidissement LN2 jusqu’à 100 K
- Unité de refroidissement contrôlée TFA/KREG
- TFA/KRYO Dewar 25l
Caractéristiques uniques
Système de caractérisation de haute
qualité et facile à utiliser pour les films
minces (plage de nm à µm)
Mesures dépendantes de la
température (-170°C à +280°C)
Appareil de mesure à base
de puces avec puces pré-
structurées entièrement
intégrées comme consommables
Grande flexibilité pour différents matériaux,
épaisseurs, résistances et méthodes de dépôt
Toutes les mesures dans une
seule série de mesures sur le
même échantillon et direction
pour les semi-conducteurs, les
métaux, les céramiques et les
matériaux organiques
Service - Hotline
+49 (0) 9287/880 0
Notre service est disponible du lundi au
jeudi de 8 à 16 heures
et vendredi de 8 à 12 heures.
Nous sommes là pour vous !
Spécifications
Noir sur blanc
Caractéristiques spéciales
- Système de mesure de haute qualité et convivial pour les couches minces (de l’ordre du nm au µm).
- Permet d’effectuer des mesures en fonction de la température entre -160°C et +280°C.
- Préparation et manipulation aisées des échantillons.
- Appareil de mesure à base de capteurs à usage unique, intégrées et pré-structurées.
- Conçu pour une flexibilité maximale (matériau, épaisseur, résistance, méthodes de dépôt).
- Toutes les mesures sont effectuées en une seule manipulation sur le même échantillon et dans la même direction.
- Les échantillons de semi-conducteurs ainsi que les métaux, les céramiques ou les matériaux organiques peuvent être analysés.
MODEL | TFA – THIN FILM ANALYZER |
|---|---|
| Temperature range: | RT to 280°C -160°C to 280°C |
| Sample thickness: | From 5 nm to 25 µm (depending on sample) |
| Measuring principle: | Chip-based (pre-structured measuring chips, 24 pieces per box) |
| Separation techniques: | Among others: PVD (sputtering, vaporisation), ALD, spin coating, ink-jet printing and many more |
| Measured parameters: | Thermal conductivity (3 Omega) |
| Heat capacity | |
| Optional: | Electrical conductivity / specific resistance Hall constant / mobility / charge carrier density (electromagnet up to 1 T or permanent magnet with 0.5 T) |
| Vacuum: | ~10E-4mbar |
| Electronics: | Integrated |
| Interface: | USB |
| Measuring range | |
| Thermal conductivity: | 0.05 to 200 W/m∙K 3 Omega method, hot-strip method (in-plane measurement) |
| Electrical conductivity: | 0.05 to 1 ∙ 106 S/cm Van der Pauw four-probe measurement |
| Seebeck coefficient: | 5 to 2500 μV/K |
| Repeatability & Accuracy | |
| Thermal conductivity: | ± 3% (for most materials) ± 10% (for most materials) |
| Resistivity: | ± 3% (for most materials) ± 6% (for most materials) |
| Seebeck coefficient: | ± 5% (for most materials) ± 7% (for most materials) |
Logiciel
Rendre les valeurs visibles et comparables
Outre le matériel utilisé, le puissant logiciel d’analyse thermique LINSEIS, basé sur Microsoft® Windows®, joue un rôle essentiel dans la préparation, l’exécution et l’évaluation des expériences thermoanalytiques. Avec ce logiciel, Linseis offre une solution complète pour la programmation de tous les paramètres et fonctions de contrôle spécifiques à l’appareil, ainsi que pour le stockage et l’évaluation des données. Le progiciel a été développé par nos spécialistes en logiciels et experts en applications et a été testé et amélioré pendant des années.
Le logiciel TFA se compose de deux modules : Le programme de mesure pour l’acquisition des données et un logiciel d’évaluation avec des plugins prédéfinis pour l’évaluation des données.
Le logiciel Linseis comprend toutes les fonctions essentielles pour la préparation, l’exécution et l’évaluation des mesures.
Caractéristiques générales
- Logiciel MS® Windows™ entièrement compatible
- Sécurité des données en cas de panne de courant
- Contrôle automatique des contacts avec les échantillons
- Protection contre la rupture du thermocouple
- Évaluation de la mesure du courant
- Comparaison des courbes
- Stockage et exportation des évaluations
- Exportation et importation de données ASCII
- Exportation des données vers MS Excel
- Exportation facile (CTRL C)
- Base de données pour l’archivage de toutes les mesures et évaluations
- Menu aide en ligne
- Évaluation statistique des courbes
- Option de zoom pour l’analyse des courbes
- Plugins d’évaluation intégrés
- Un nombre illimité de courbes peut être chargées pour la comparaison.
Logiciel de mesure
- Saisie facile et conviviale des données pour les segments de température et les tâches de mesure.
- Affichage automatique des données brutes.
- Mesures entièrement automatisées
Logiciel d’évaluation
- Plugins d’évaluation prédéfinis (selon les modèles publiés)
- Alternativement : accès direct aux données brutes
- Exploitation directe des données mesurées pour le calcul de
- Conductivité thermique
- Chaleur spécifique
- Résisitivité / Conductivité
- Coefficient Seebeck
- Traçage et exportation aisés des données
Applications
Exemple d’application : Film mince de bismuth-antimoine
Mesures d’un film de bismuth-antimoine de 142 nm d’épaisseur produit par évaporation thermique sous vide dans la plage de température de -160°C à + 140°C .
Exemple d’application : Film mince de PEDOT:PSS
Mesures d’un film de PEDOT:PSS (High Conductive Grade) de 15 µm d’épaisseur, produit par dépôt de goutte, dans une plage de températures allant de -150°C à +100°C.
Exemple d’application : Nanofilm d’or
Mesures d’un film d’Au de 100 nm d’épaisseur produit par pulvérisation cathodique magnétron sous vide dans une gamme de températures allant de -50°C à +100°C.
Vidéos
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