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TFA – Analyseur de film fin

Détermination des propriétés physiques des couches minces

Description

Au point

Des possibilités passionnantes
Système de mesure révolutionnaire pour déterminer les propriétés physiques des couches minces. Plateforme de mesure hautement intégrée et facile à utiliser.

Les propriétés physiques des films minces sont différentes de celles des matériaux pleins, car les effets parasites de surface sont beaucoup plus dominants en raison des dimensions réduites et des rapports d’aspect élevés !

  • Influence croissante de la diffusion de surface (a)
  • Diffusion supplémentaire des joints de grains (b)
  • Effets de quantification pour les couches très fines (c)

L’analyseur de film mince LINSEIS est l’outil parfait pour caractériser une large gamme d’échantillons en couches minces de manière extrêmement pratique et rapide. Il s’agit d’un système de table facile à utiliser qui fournit des résultats extrêmement précis grâce à sa conception de mesure en instance de brevet.

Composants
La plateforme se compose d’une puce de mesure sur laquelle est déposé l’échantillon à analyser et d’une chambre de mesure afin de fournir les conditions environnementales nécessaires. Selon l’application, la configuration peut être complétée par un amplificateur de verrouillage et / ou un électro-aimant puissant. Les mesures sont typiquement effectuées sous UHV, la température de l’échantillon pendant la mesure étant comprise entre -160°C et +280°C au moyen d’une sonde de température LN2 et des chauffages puissants.

Puces de mesure pré-structurées
La puce de mesure combine la technique des 3 omégas pour la mesure de la conductivité thermique avec un dispositif de Van der Pauw à 4 points pour la mesure des propriétés de transport électrique. Le coefficient Seebeck peut être déterminé avec des thermomètres à résistance intégrés supplémentaires, situés à proximité des électrodes Van der Pauw. Cette configuration permet une caractérisation complète et presque simultanée de toutes les propriétés sur un seul échantillon préparé soit par PVD (par ex. évaporation thermique, pulvérisation, MBE), CVD (par ex. ALD), spin coating, drop casting ou ink-jet printing en une seule étape. Pour faciliter la préparation de l’échantillon sur la puce de mesure, il est possible d’utiliser soit un masque à film pelable, soit un masque d’ombre métallique.

Un autre grand avantage de ce système est la détermination simultanée de toutes les propriétés physiques en un seul cycle de mesure. Toutes les mesures sont effectuées dans la même direction (dans le plan) et sont donc cohérentes et parfaitement comparables pour l’évaluation ultérieure (par ex. détermination du coefficient de qualité thermoélectrique ZT ou étude des processus de cicatrisation).

1. ère mesure de Van der Pauw
Pour déterminer la conductivité électrique (σ) et le coefficient de Hall (AH) de l’échantillon, on utilise la méthode de Van der Pauw. Après le dépôt de l’échantillon sur la puce, celui-ci est déjà relié électriquement à quatre électrodes sur son bord. Pour la mesure, un courant est alors appliqué entre deux des contacts et la tension résultante est mesurée entre les deux contacts restants. En inversant cycliquement les contacts dans le sens des aiguilles d’une montre et en répétant la procédure, la résistance de la couche de l’échantillon peut être calculée au moyen de l’équation de Van der Pauw. En appliquant un champ magnétique perpendiculaire à la surface de l’échantillon et en mesurant la variation de la résistance diagonale de Van der Pauw, il est possible de calculer le coefficient de Hall de l’échantillon et, à partir de là, la densité des porteurs de charge et la mobilité de Hall.

2. mesure du coefficient Seebeck
Pour déterminer le coefficient Seebeck, un thermomètre supplémentaire ainsi qu’un réchauffeur de ligne sont placés sur la puce à proximité de l’échantillon. Cette configuration permet de mesurer la tension thermoélectrique à différents gradients de température le long de l’échantillon, qui sont utilisés pour calculer le coefficient Seebeck S = -Vth/∆T peuvent être utilisés.

3. méthode de mesure par filament chauffant
Une structure de membrane à bande chaude unique est utilisée pour déterminer la conductivité thermique dans le plan. Dans cette structure, une bande métallique microstructurée est utilisée comme élément chauffant et capteur de température à la fois. Pour la mesure, l’échantillon est déposé directement sur la membrane en porte-à-faux. Pour la mesure, un courant est appliqué à la bande métallique qui s’échauffe par effet Joule. En raison de l’augmentation de la température, la résistance du fil change et peut donc être utilisée pour mesurer la température. Cette modification de la résistance et la connaissance de la géométrie de la membrane permettent de déduire la conductivité thermique de l’échantillon. Selon l’échantillon, l’émissivité et la chaleur spécifique peuvent également être mesurées. Pour obtenir des résultats de qualité, le produit de l’épaisseur de l’échantillon et de sa conductivité thermique doit être égal ou supérieur à 2×10-7W/K être.

Conception modulaire
L’appareil de base (optimisé pour la mesure de la conductivité thermique) peut être mis à niveau en option avec un kit thermoélectrique pour la mesure de la conductivité électrique et du coefficient Seebeck et/ou avec le kit de mise à niveau magnétique pour la mesure de la constante de Hall, de la mobilité et de la concentration des porteurs de charge.

Configurations du système

Système de base / Kit thermoélectrique / Kit magnétique / Option de refroidissement

Les options suivantes sont disponibles pour le LINSEIS Analyseur de film fin (TFA) à disposition :

Unité de base
Composé d’une chambre de mesure, d’une pompe turbomoléculaire, d’un porte-échantillon avec chauffage intégré, d’un amplificateur lock-in intégré au système pour la méthode de mesure 3w, d’un PC et du progiciel LINSEIS (y compris le logiciel de mesure et d’évaluation). Le design est optimisé pour la caractérisation des propriétés physiques suivantes :

  • λ – conductivité thermique
  • cp – Capacité thermique
  • ε – émissivité (dépend de l’échantillon)

Kit thermoélectrique
Composé d’une électronique de mesure avancée (DC) et d’un logiciel d’évaluation pour les expériences thermoélectriques. Le design est optimisé pour la mesure des paramètres suivants :

  • ρ – résistance spécifique / σ – conductivité électrique
  • S – Coefficient Seebeck

Magnetik-Kit
Es sind zwei verschiedene Konfigurationen für dieses Paket verfügbar. Entweder ein Elektromagnet (EM) mit Stromversorgung, Umpolvorrichtung, Sicherheitsschaltung und Wasserkühlung oder eine verfahrbare Konfiguration mit zwei Permanentmagneten (PM). Mit dem Elektromagneten kann der Benutzer eine variable Feldstärke zwischen +/-1 Tesla senkrecht zur Probe anlegen. Das Permanentmagneten-Setup kann verwendet werden, um drei definierte Feldpunkte (+0,5T, 0T und -0,5T) an der Probe anzulegen. Das Magnetik-Kit ist für die Messung der folgenden Parameter optimiert:

  • AH – Hall-Konstante
  • μ – Hall-Beweglichkeit (einfache Berechnung nach dem Einbandmodell)
  • n – Ladungsträgerdichte (einfache Berechnung nach dem Einbandmodell)

Tieftemperaturoption für kontrolliertes Abkühlen

  • LN2 Kühlung für Messungen bis 100 K
  • TFA/KREG Geregelte Kühlung
  • TFA/KRYO Dewar 25l

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Caractéristiques

Noir sur blanc

Caractéristiques particulières

  • Système de mesure de haute qualité et facile à utiliser pour les couches minces (de l’ordre du nm au µm).
  • Permet des mesures en fonction de la température de -160°C à +280°C.
  • Préparation et manipulation faciles des échantillons.
  • Appareil de mesure basé sur des puces, avec des puces préstructurées entièrement intégrées comme consommables.
  • Conçu pour une flexibilité maximale (matériau, épaisseur, résistance, méthodes de dépôt).
  • Toutes les mesures sont effectuées en une seule fois sur le même échantillon et dans la même direction.
  • Il est ainsi possible de mesurer aussi bien des échantillons de semi-conducteurs que des métaux, des céramiques ou des substances organiques.
Modèle TFA – Analyseur de film fin
Plage de température :  RT jusqu’à 280°C
-160°C jusqu’à 280°C
Épaisseur de l’échantillon : De 5 nm à 25 µm (selon l’échantillon)
Principe de mesure : Basé sur des puces (puces de mesure pré-structurées, 24 par boîte)
Techniques de séparation : Entre autres : PVD (pulvérisation, évaporation), ALD, Spin coating, Ink-Jet Printing et bien d’autres.
Paramètres mesurés : Conductivité thermique (3 Oméga)
Capacité thermique
En option : Conductivité électrique / résistance spécifique
Constante de Hall / mobilité / densité de porteurs de charge
(électroaimant jusqu’à 1 T ou aimant permanent de 0,5 T)
Le vide : ~10E-5mbar
Électronique : Intégré
Interface: USB
Plage de mesure :
Conductivité thermique : 0,05 à 200 W/m∙K
Conductivité électrique : 0,05 à 1 ∙ 106 S/cm
Coefficient de Seebeck : 5 à 2500 μV/K
Répétabilité &amp ; Précision
Conductivité thermique : ± 3% (pour la plupart des matériaux)
± 10% (pour la plupart des matériaux)
Résistance spécifique : ± 3% (pour la plupart des matériaux)
± 6% (pour la plupart des matériaux)
Coefficient de Seebeck : ± 5% (pour la plupart des matériaux)
± 7% (pour la plupart des matériaux)

Logiciel

Rendre les valeurs visibles et comparables

Outre le matériel utilisé, la puissante Logiciel LINSEIS pour Microsoft® Windows® est la fonction la plus importante pour la préparation, la réalisation et l’évaluation des expériences. Avec ce progiciel, Linseis propose une solution complète pour la programmation de tous les réglages et fonctions de commande spécifiques à l’appareil ainsi que pour le stockage et l’évaluation des données. Ce progiciel a été développé par nos spécialistes en logiciels et nos experts en applications et a déjà été testé et amélioré depuis de nombreuses années.

Le progiciel TFA se compose de 2 modules : le programme de mesure pour la saisie des données et un logiciel d’évaluation avec des plugins prédéfinis pour l’analyse des données. Le logiciel de Linseis offre toutes les fonctions essentielles pour la préparation, la réalisation et l’évaluation des mesures.

Fonctions générales

  • Logiciel MS® Windows™ entièrement compatible
  • Sécurité des données en cas de panne de courant
  • Contrôle automatique de la mise en contact des échantillons
  • Plugins intégrés pour l’évaluation directe des données brutes mesurées selon des modèles publiés
  • Enregistrer et exporter des évaluations
  • Exportation et importation de données brutes au format ASCII
  • Exportation des données vers MS Excel
  • Exportation simple (CTRL C)
  • Base de données pour l’archivage de toutes les mesures et évaluations
  • Menu d’aide en ligne
  • Évaluation statistique des courbes
  • Option de zoom pour l’analyse des courbes
  • Plugins d’évaluation intégrés
  • Il est possible de charger autant de courbes que l’on veut pour les comparer.

Logiciel de mesure

  • Saisie de données simple et conviviale pour les segments de température et les tâches de mesure.
  • Sortie automatique des données brutes mesurées.
  • Mesures entièrement automatisées.

Logiciel d’évaluation

  • Alternative : accès direct aux données brutes mesurées
  • Plugins d’évaluation intégrés (selon les modèles publiés)
  • Pour calculer
    • Conductivité thermique
    • Capacité thermique
    • Srésistance pécifique / conductivité électrique
    • Coefficient Seebeck
  • Enregistrement et exportation faciles des données

Application

Couche mince de bismuth et d’antimoine

Mesures d’un film de bismuth et d’antimoine d’une épaisseur de 142 nm, obtenu par évaporation thermique dans des conditions de vide, dans la plage de température de -160°C à + 140°C .

PEDOT:PSS Couche mince

Messungen eines 15 µm dicken PEDOT: PSS (High Conductive Grade)-Films, der durch Tropfenabscheidung hergestellt wurde, in einem Temperaturbereich von -150 ° C bis + 100 °C.

Nanofilm d’or

Mesures d’un film d’Au de 100 nm d’épaisseur fabriqué par pulvérisation magnétron DC dans des conditions de vide de dans la plage de température de -50°C à +100°C.

 

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LSR, LZT, LFA, TF-LFA, TFA, effet Hall
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