Beschreibung
Auf den Punkt gebracht
Die Bestimmung der thermo-physikalischen Eigenschaften von Materialien und die Optimierung von Wärmeflüssen in Endprodukten wird für viele industrielle Anwendungen immer wichtiger.
Aus diesem Grund hat sich die Flash Methode in den letzten Jahrzehnten zu der am häufigsten verwendeten Technik zur Messung der Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit von verschiedensten Feststoffen, Pulvern und Flüssigkeiten entwickelt.
Im Zeitalter der Nanotechnologie benötigen nun immer mehr Industrien und Anwender präzise Messdaten für sehr dünne Schichten. Den größten Bedarf hat dabei die Halbleiterindustrie mit typischen Produkten wie Licht emittierenden Dioden (LEDs), Phasenwechselspeicher oder Flachbildschirmen. Dabei werden häufig mehrere Schichten unterschiedlicher Materialien auf einem Substrat abgeschieden, um dadurch ein Bauteil mit einer bestimmten Funktion zu erstellen.
Da sich die physikalischen Eigenschaften von Dünnfilmen meist von denen eines Vollmaterials unterscheiden, ist deren Charakterisierung für die Auslegung und Optimierung im Bereich des Wärmemanagements unbedingt erforderlich.
Basierend auf der bewährten Laser Flash Technik, bietet der Linseis Laserflash für dünne Schichten (TF-LFA) nun eine ganze Reihe neuer Möglichkeiten um die Stoffdaten von Dünnfilmen mit einer Dicke von 10 nm bis 20 µm zu analysieren.
Thermische Eigenschaften:
- Thermische Leitfähigkeit
- Volumetrische Wärmekapazität
- Thermische Diffusivität
- Thermische Effusivität
- Thermische Grenzleitfähigkeit
Dünnschichten:
Dünne Schichten sind Materialien mit einer Dicke von Nanometern bis Mikrometern, die auf Oberflächen aufgebracht werden. Ihre thermophysikalischen Eigenschaften unterscheiden sich erheblich von denen von Massenmaterialien und hängen von Dicke und Temperatur ab. Dünne Schichten werden in der Regel in Halbleitern, LEDs, Brennstoffzellen und optischen Speichermedien verwendet.
Verschiedene Arten von Dünnschichten
- Dünnschicht: Schicht von wenigen nm bis µm
- Schichten werden auf einem speziellen Substrat gezüchtet
- Typische Wachstumstechniken sind
- PVD (z. B. Sputtern, thermische Verdampfung)
- CVD (PECVD, LPCVD, ALD)
- Tropfengießen, Schleuderbeschichtung und Druck
- Viele verschiedene Arten von Schichten, darunter:
- Halbleiterschichten (z. B. thermoelektrische, Sensoren, Transistoren)
- Metallische Schichten (als Kontakte verwendet)
- Thermische Barrierebeschichtungen
- Optische Beschichtungen
Multilayer sample
Thin film
(e.g. semiconductor, metal, organic, oxide)
Substrate
(e.g. Si, Si3N4, Fused Silicia)
FDTR
Frequency Domain
FDTR ist ein berührungsloses Verfahren zur Charakterisierung der thermischen Eigenschaften von Dünnschichten im Frequenzbereich, bei dem der Effekt der Thermoreflexion genutzt wird, um ein hochempfindliches Thermometer zur Messung der Oberflächentemperatur der Probe durch Überwachung des Reflexionsvermögens zu schaffen. Zu diesem Zweck wird ein Dauerstrichlaser (Sondenlaser) mit einer Wellenlänge von 532 nm verwendet, während ein harmonisch modulierter Pumplaser mit einer anderen Wellenlänge (405 nm) zum Einsatz kommt.
Die lokale Erwärmung führt zu Veränderungen des Reflexionsvermögens, und die Phasenverzögerung zwischen der thermischen Anregung und der Detektion wird mit einem Lock-in-Verstärker gemessen. Die Modellierung der Reaktion im Frequenzbereich mit einem diffusiven Wärmetransportmodell ermöglicht die Bestimmung der thermischen Leitfähigkeit, der volumetrischen Wärmekapazität, der thermischen Diffusivität, des thermischen Wirkungsgrads und des thermischen Grenzflächenleitwerts.
Eine dünne metallische Wandlerschicht (60-70 nm Dicke) wird auf die Oberfläche der Proben aufgebracht, um den Temperaturkoeffizienten der Reflexion, dR/dT, zu erhöhen und gleichzeitig die optische Eindringtiefe in das Material zu verringern.
Vorteile:
- Breiterer Messbereich
- Leichtere Handhabung
- Höhere Stabilität
- Präzisere Ergebnisse
- Möglichkeit, den thermischen Kontaktwiderstand zwischen zwei Schichten zu messen
- Keine Annahmen mehr über Wärmekapazität und Dichte von dünnen Probenschichten
Vergleich von FDTR- und TDTR-Methoden
Unser fortschrittliches FDTR-System (Frequency-Domain Thermoreflectance) bietet erhebliche Vorteile gegenüber der herkömmlichen TDTR-Methode (Time-Domain Thermoreflectance), indem es den Aufbau optimiert und die Messstabilität erhöht.
Der Sondenlaser muss nicht justiert werden: Im Gegensatz zur TDTR-Anordnung, bei der der Sondenlaser relativ zur Probe justiert werden muss, weil sich die Reflexion bei Veränderungen der Probe geringfügig ändert, entfällt diese Notwendigkeit bei unserem FDTR-System. Unser System verfügt über eine automatische Fokussierung, die den Fokus des Sondenlasers kontinuierlich an alle Veränderungen der Probe anpasst und so optimale Messbedingungen ohne manuelle Eingriffe gewährleistet.
Ausgerichtete Laser: Dank der perfekt ausgerichteten Laser in unserem FDTR-System muss der Sondenlaserstrahl nicht justiert werden, was zu einer einfacheren Probeneinrichtung und stabileren Messungen führt.
Unique Features
Umfassende thermische Charakterisierung:
- Messung der thermischen Leitfähigkeit, Wärmekapazität, thermischen Diffusivität und thermischen Effusivität.
- Bestimmung des thermischen Kontakts zwischen zwei benachbarten Schichten.
Anisotropiefunktion:
- Optionale Funktion
zur Messung der
thermischen Leitfähigkeit
sowohl in der
Durchgangsrichtung
(durch das Material)
als auch in der Ebene
(senkrecht zur
Laseranregung).
Breiter Temperaturbereich:
- Das Gerät kann die thermischen
Eigenschaften von Dünnschichten
bei Raumtemperatur bis zu 500°C messen
Thermische Abbildung:
- Mit der optionalen
Probenabbildungsfunktion
können die thermischen
Eigenschaften der Probe
über eine spezifische Fläche
oder Punkte der Oberfläche
verfolgt werden, ideal für
Homogenitätsprüfungen.
Automatische Optimierung und Kameraoption:
- Automatische Optimierung des Laserstrahls
zur Verbesserung der Messergebnisse. - Zusätzliche Kameraoption, die visuelle
Informationen liefert und die Auswahl
interessanter Stellen auf der
Probenoberfläche erleichtert.
Messung der thermischen
Kontaktwiderstände/Leitwerte:
- Messung des thermischen Kontakts
zwischen zwei Schichten, z.B. zwischen
Probe und Oberfläche oder Probe und
Transduzierschicht.
Service-Hotline
+49 (0) 9287/880 0
Donnerstag von 8-16 Uhr erreichbar
und Freitag von 8-12 Uhr.
Wir sind für Sie da!
Spezifikationen
Schwarz auf Weiß
MODELL | TF-LFA |
|---|---|
| Abmessungen der Probe: | Jede Form zwischen 2mm x 2mm und 25mm x 25mm Seitenlänge |
| Dünnschichtproben: | 10nm bis zu 20μm* (abhängig von der Probe) |
| Temperaturbereich: | RT, RT bis zu 200/500°C Probenhalter für 4" Wafer (nur RT) |
| Gemessene Eigenschaften: | Wärmeleitfähigkeit Temperaturleitfähigkeit Thermischer Oberflächenwiderstand Volumetrische spezifische Wärmekapazität Thermische Leistungsfähigkeit |
| Optionen: | Anisotrophie: Messung der thermischen Eigenschaften quer zur Ebene und in der Ebene Probenabbildung: Abtasten mehrerer Positionen der Probe punkt- oder gruppenweise. Mapping-Bereich: 10 mm² Schrittweite: 50 μm Kamera: Ermöglicht es dem Benutzer, die aktuelle Probenoberfläche und die Position der Laserstrahlen zu betrachten, um die tatsächliche Messposition zu erfassen. |
| Atmosphären: | inert, oxidierend oder reduzierend Vakuum bis zu 10E-4mbar |
| Messbereich Diffusität: | 0,01mm2/s bis zu 1200mm2/s (je nach Probe) |
| Pump-Laser: | CW-Laser (405 nm, 300 mW, Modulationsfrequenz bis zu 200 MHz) |
| Sondenlaser: | CW Laser (532 nm, 25 mW) |
| Photodetektor: | Si-Avalanche-Photodetektor, aktiver Durchmesser: 0,2 mm, Bandbreite: DC - 400MHz |
| Stromversorgung: | AC 100V ~ 240V, 50/60 Hz, 1 kVA |
| Software: | Enthalten. Softwarepaket zur Berechnung der thermophysikalischen Eigenschaften durch Mehrschichtanalyse |
| *Der tatsächliche Dickenbereich hängt von der Probe ab | |
Datenblatt
Software
Werte sichtbar und vergleichbar machen
Alle thermoanalytischen Geräte von LINSEIS sind PC-gesteuert, die einzelnen Softwaremodule laufen ausschließlich unter Microsoft® Windows® Betriebssystemen. Die komplette Software besteht aus 3 Modulen: Temperaturregelung, Datenerfassung und Datenauswertung. Die LINSEIS-Software bietet wie bei anderen thermoanalytischen Experimenten alle wesentlichen Funktionen zur Vorbereitung, Durchführung und Auswertung der Messungen. Dank unserer Spezialisten und Anwendungsexperten ist es LINSEIS gelungen, diese leicht verständliche und höchst praktische Software zu entwickeln.
Allgemeine Software
- Vollständig kompatibel mit MS® Windows™
- Datensicherheit bei Stromausfall
- Auswertung der Strommessung
- Vergleich der Kurven
- Speicherung und Export von Auswertungen
- Export und Import von ASCII-Daten
- Datenexport nach MS Excel
Auswertesoftware
- Bestimmung des Kontaktwiderstands
- Mehrschichtiges Wärmetransportmodell zur gleichzeitigen Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit, der Temperaturleitfähigkeit, des Wärmewirkungsgrads und der volumetrischen Wärmekapazität
- Überprüfung der Durchführbarkeit der Messung
- Sensitivitätsdiagramm
Messsoftware
- Einfache und benutzerfreundliche Parametereingabe für Temperatursteuerrung, Gasssteuerung usw.
- Software zeigt automatisch eine korrigiert Messungen nach dem Puls
- Vollautomatische Messung
Applikationen
Anwendungsbeispiel: SiO2 Dünnschicht 504 nm
Dünne Glasschichten aus reinem Siliziumdioxid (Quarz) werden in der Halbleiter- und Elektronikindustrie häufig als Schutzschicht oder thermische oder elektronische Isolationsschicht verwendet. In diesem Beispiel wurde eine SiO2-Schicht mit dem Linseis TF-LFA-Gerät untersucht, um ihre thermischen Eigenschaften vollständig zu charakterisieren.
Aluminiumnitrid AIN 200nm
Anwendungsbeispiel: Aluminiumnitrid AIN
AlN is frequently used as thermal insulation layer or electronical insulation layer in sensors or microelectronics. Its thermal properties depending on layer thickness were investigated by TF-LFA in this application.
Aluminiumnitrid AIN 800nm
Aluminiumnitrid AIN 1600nm
Bestens informiert
