TF-LFA LaserFlash Appareil pour les couches minces - Time Domain Thermoréflectance (TDTR)

LaserFlash pour les mesures de couches minces (de 80 nm à 20 um) - conductivité thermique / diffusivité thermique

Thin film Laserflash Apperatus

L'information des propritétés thermo-physiques des matériaux et l’optimisation du transfert de chaleur des produits finis est de plus en plus crucial pour les applications industrielles.

Au cours des dernières décennies, la méthode flash a été mise au point dans le but de mesurer la diffusivité thermique et la conductivité thermique de différents types de matières solides, poudres et liquides.

Les propriétés thermo-physiques des films minces sont de plus en plus importantes dans les industries des produits tels que, les disques optiques à changement de phase, matériaux thermoélectriques, des diodes électroluminescentes (DEL). Dans tous ces cas, un film mince obtenu par le dépôt sur un substratdonne une fonction particulière à un dispositif. Etant donné que les propriétés physiques de ces films se distinguent des produits en vrac, ces données sont nécessaires pour les prévisions de gestion thermique précise.

Basé sur la technique du laser flash, le Laser-flash de Linseis pour les films minces (TF-LFA), offre maintenant toute une gamme de nouvelles possibilités pour analyser les propriétés thermodynamiques des films minces de 80 nm à 20 um d'épaisseur.

1. La méthode Laser Flash haute vitesse (détection arrière/chauffage avant (RF)):

Comme les propriétés thermiques des couches minces et des films diffèrent considérablement des propriétés de la matière en vrac correspondante, une technique pour surmonter les limitations de la méthode classique Laser-flash est nécessaire: la "Méthode Laser flash Haute Vitesse".

La géométrie de mesure est la même que pour la technique Laser-flash standard: le détecteur et le laser sont chacun sur les côtés opposés de l’échantillon. Étant donné que les détecteurs IR sont trop lents pour la mesure de couches minces, la détection est effectuée par la méthode dite de la thermoréflectivité. L'idée derrière cette technique est que, une fois qu’un matériau est chauffé, la variation de la réflectivité de la surface peut être utilisée pour en dériver les propriétés thermiques. La réflectivité est mesurée en fonction du temps, et les données reçues peuvent être adaptées à un modèle qui contient des coefficients qui correspondent aux propriétés thermiques.


2. La méthode de thermoréflectivité du domaine temporel (Front heating front détection (FF)):

La méthode de thermoréflectivité est un procédé par lequel les propriétés thermiques (conductivité thermique, diffusivité thermique) de couches minces ou de films peuvent etre déterminées. La géométrie de mesure est appelé «front heating front detection (FF) » parce que le détecteur et le laser sont sur le même côté de l'échantillon. Ce procédé peut être appliqué à des couches minces sur des substrats non transparents pour laquelle la technique de RF ne convient pas.

 

3. Methode combiné à haute vitesse laser Flash (RF) & la méthode de thermoréflectivité du domaine temporel (FF):

Bien sûr, les deux méthodes peuvent également être mises en œuvre dans un système unique pour combiner les avantages des deux.

Plage de température*: Température ambiante
  Tamb jusqu'à 500°C
  -100°C jusqu'à 500°C 
Laser de pulse:  laser Nd-YAG
Energie d'impulsion maximum: 90mJ/pulse (contrôlé par le logiciel)
Largeur d'impulsion: 8 ns
Sonde laser:laser HeNe(632nm), 2mW
Détecteur de réflexion thermique frontale:  photodiode Si-PIN, diamètre actif : 0.8 mm, 
 bande passante DC … 400MHz, temps de montée: 1ns
Détecteur de réflexion thermique arrière: Diode à quadrant, diamètre actif: 1.1 mm
bande passante DC … 100MHz, temps de montée: 3.5ns
Plage de mesure: 0,01 mm2/s jusqu'à 1000 mm2/s
Diamètre de l'échantillon: échantillons ronds ∅ 10...20 mm 
L'épaisseur de l'échantillon:80 nm jusqu'à 20 µm
Nombre d'échantillons: Robot passeur d'échantillon jusqu'à 6 échantillons
Atmosphère: inert, oxid, réductrice
Vide: jusqu'à 10E-4mbar
Electronique: Intégré
Interface: USB

 *tous les fours sont échangeables

Tous les dispositifs d'analyse thermique de Linseis sont contrôlés par un ordinateur et les modules de logiciels individuels fonctionnent exclusivement sous les systèmes d'exploitation Microsoft Windows. Le logiciel complet se compose de 3 modules: contrôle de la température, de l'acquisition des données et de l’évaluation des données. Le logiciel Linseis 32 – bit  est un logiciel qui dispose des caractéristiques essentielles pour toutes préparations de mesure, d'exécution et d'évaluation aussi bien avec la méthode flash, tout comme avec d'autres techniques d'analyse thermique. Grâce à nos spécialistes et experts en informatique, Linseis a pu développer ce logiciel très efficace mais également facile à utiliser.

Propriétés générales:

  • Représentation en couleur en temps réel
  • Échelonnements automatiques et manuels
  • Représentation des axes au choix, par ex. temps (axe des x) contre température (axe des y)
  • Calculs mathématiques, par ex. première et deuxième dérivé
  • Sauvegarde d'analyses complètes
  • Capacité multitâches: utilisation de différents programmes en même temps
  • Possibilité multi-utilisateurs
  • Possibilité de zoom sur différents segments de courbes
  • Superposition d’un nombre illimité de courbes pour comparaisons
  • Menu d'aide en ligne
  • Possibilité d’ajouter des inscriptions sur les courbes
  • Mémoire temporaire permettant l’exportation vers Word (CTRL C)
  • Export EXCEL® et ASCII des données de mesure
  • Lissage des données
  • Soustraction de lignes de bases
  • Fonction curseur
  • Évaluation statistique des courbes (courbe des valeurs moyennes avec intervalle de confiance)
  • Impression des données et des coefficients de dilatation sous forme de tableau
  • Arithmétique des courbes, addition, soustraction, multiplication 

Evaluation du logiciel

  • Entrée automatique ou manuelle des données de mesure apparentées (densité, chaleur spécifique)
  • Assistant pour la sélection du modèle approprié
  • Correction d'impulsion limitée
  • Correction de perte de Chaleur
  • Modèle multi-couches
  • Détermination de la résistance de contact
  • Détermination de la Cp (chaleur spécifique)  par la méthode comparative

Mesure du logiciel

  • Entrée de données simple et rapide pour les segments de température, gaz, etc
  • Passeur d'échantillons contrôlable
  • Le logiciel affiche automatiquement les mesures corrigées après l'impulsion de l'énergie
  • Procédure de mesure entièrement automatisé pour les mesures de plusieurs échantillons

Materiaux

Semi-conducteur, Céramique, industrie du verre, matériau de construction, métaux/alliages, inorganique

Industries

Industrie de la céramique, de la construction et du verre, recherche académique, automobile, aéronautique, astronautique, industrie métallurgique, industrie d'électricité et d'énergie.

Exemple d'application: SiO2

Comparaison de la courbe mesuré et de la courbe modélisée (modèles à 2 couches)

Mo -couche mince sur SiO2; Courbe de la Température en fonction du temps pour des échantillons de différentes épaisseurs


Courbe de température en fonction du temps pour des échantillons de ZnO d'épaisseurs différentes.

Mesure de la conductivité thermique et de la résistance de contact thermique des couches minces de ZnO