{"id":62590,"date":"2024-11-11T07:48:12","date_gmt":"2024-11-11T06:48:12","guid":{"rendered":"https:\/\/www.linseis.com\/?post_type=applikationen&p=62590"},"modified":"2024-11-11T08:40:29","modified_gmt":"2024-11-11T07:40:29","slug":"tf-lfa-cvd-diamant-conductivite-thermique","status":"publish","type":"applikationen","link":"https:\/\/www.linseis.com\/fr\/votre-industrie\/chimique\/tf-lfa-cvd-diamant-conductivite-thermique\/","title":{"rendered":"TF-LFA – CVD Diamant – Conductivit\u00e9 thermique"},"content":{"rendered":"\t\t
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Les diamants sont connus pour leur extraordinaire conductivit\u00e9 thermique<\/strong><\/a> est bien connue. Les \u00e9chantillons de diamant CVD (Chemical Vapor Deposition) atteignent g\u00e9n\u00e9ralement des valeurs comprises entre 1000 et 2200 W\/mK. [1,2]<\/sup>Les \u00e9chantillons rares et de grande puret\u00e9 peuvent m\u00eame atteindre 3320 W\/mK. [2,3]<\/sup> Cette propri\u00e9t\u00e9 fait du diamant un candidat id\u00e9al pour la dissipation thermique dans l’\u00e9lectronique de haute puissance, les syst\u00e8mes laser et d’autres applications n\u00e9cessitant une gestion thermique efficace. [4] <\/sup>La mesure pr\u00e9cise de la conductivit\u00e9 thermique des \u00e9chantillons de diamant est essentielle pour optimiser la qualit\u00e9 du mat\u00e9riau et comprendre ses performances dans des environnements thermiques exigeants.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Figure 1 : La structure du r\u00e9seau de diamant est repr\u00e9sent\u00e9e. Les lignes rouge, bleue et rouge fonc\u00e9 ont la m\u00eame longueur, avec la constante de r\u00e9seau aDiamond = 357 pm. Cela repr\u00e9sente une seule cellule unitaire conventionnelle. <\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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Pourquoi les diamants ont-ils une conductivit\u00e9 thermique et une conductivit\u00e9 thermique aussi \u00e9lev\u00e9es ?<\/b><\/p>\n

La conductivit\u00e9 thermique du diamant r\u00e9sulte de sa structure atomique unique et de ses propri\u00e9t\u00e9s [2,3]<\/sup>:<\/p>\n

1. des liaisons covalentes fortes :<\/b> La structure t\u00e9tra\u00e9drique tridimensionnelle, dans laquelle chaque atome de carbone est li\u00e9 de mani\u00e8re covalente \u00e0 quatre autres, cr\u00e9e un r\u00e9seau rigide qui transf\u00e8re efficacement la chaleur.<\/p>\n

2. faible masse atomique :<\/b> les atomes de carbone sont relativement l\u00e9gers, ce qui leur permet de vibrer rapidement, facilitant ainsi le transfert rapide de chaleur par les vibrations de grille, \u00e9galement connues sous le nom de phonons, qui transportent rapidement la chaleur.<\/p>\n

3.<\/b> vitesse de phonon \u00e9lev\u00e9e :<\/b> vitesse de phonon \u00e9lev\u00e9e en raison de sa rigidit\u00e9 et de ses fortes forces interatomiques. Cela permet \u00e0 l’\u00e9nergie thermique de se d\u00e9placer plus rapidement \u00e0 travers le r\u00e9seau. <\/p>\n

4.<\/b> temp\u00e9rature de Debye \u00e9lev\u00e9e :<\/b> la structure du diamant supporte les vibrations \u00e0 haute fr\u00e9quence, m\u00eame \u00e0 haute temp\u00e9rature, et maintient ainsi la conductivit\u00e9 thermique. [4]<\/sup><\/p>\n

5. faible diffusion des phonons :<\/b> la structure cristalline sym\u00e9trique minimise la diffusion, ce qui permet aux phonons de parcourir de longues distances sans perdre d’\u00e9nergie. [4]<\/sup><\/p>\n

6. puret\u00e9 isotopique :<\/b> la masse atomique uniforme d’un diamant r\u00e9duit davantage la diffusion et am\u00e9liore la propagation des phonons. [6]<\/sup><\/p>\n

Ces facteurs rendent les diamants id\u00e9aux pour les applications n\u00e9cessitant une conductivit\u00e9 thermique \u00e9lev\u00e9e, comme le refroidissement de l’\u00e9lectronique et des syst\u00e8mes laser de haute puissance.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Les \u00e9chantillons de diamant \u00e0 haute conductivit\u00e9 peuvent \u00eatre analys\u00e9s avec le Linseis Laser Frequency Analyzer (TF-LFA)<\/strong> <\/a>qui utilise la technique de la thermor\u00e9flectance dans le domaine fr\u00e9quentiel pour caract\u00e9riser le comportement thermique et assurer le contr\u00f4le qualit\u00e9 dans les applications o\u00f9 une dissipation thermique efficace est essentielle. Des mesures pr\u00e9cises de la conductivit\u00e9 thermique sont essentielles pour v\u00e9rifier la qualit\u00e9 et les performances des \u00e9chantillons de diamant, car des facteurs tels que la taille des grains, la puret\u00e9 et l’\u00e9paisseur peuvent affecter les propri\u00e9t\u00e9s de transport. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Figure 2 : Mesure des propri\u00e9t\u00e9s thermiques du diamant CVD. L'axe des x repr\u00e9sente la fr\u00e9quence \u00e0 \u00e9chelle logarithmique en hertz, tandis que l'axe des y repr\u00e9sente le d\u00e9phasage entre l'excitation par le laser de pompage et celle par le laser \u00e9chantillon. O\u00f9 \ud835\udf40 est la conductivit\u00e9 thermique, \ud835\udf36 la conductivit\u00e9 thermique, e l'efficacit\u00e9 thermique et TBC la conductivit\u00e9 thermique limite entre la couche du transducteur (or) et l'\u00e9chantillon (diamant). Elle d\u00e9termine la capacit\u00e9 d'une combinaison de mat\u00e9riaux \u00e0 \u00e9changer de la chaleur entre eux. <\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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La r\u00e9flectance thermique dans le domaine fr\u00e9quentiel (FDTR) est une m\u00e9thode privil\u00e9gi\u00e9e pour mesurer la conductivit\u00e9 thermique dans des mat\u00e9riaux tels que le diamant CVD, en particulier dans les films minces et les \u00e9chantillons \u00e0 l’\u00e9chelle microscopique, o\u00f9 une r\u00e9solution spatiale \u00e9lev\u00e9e est essentielle. L’analyseur de fr\u00e9quence laser Linseis (TF-LFA) est un outil id\u00e9al \u00e0 cet effet. Le FDTR utilise un laser modul\u00e9 pour induire un \u00e9chauffement local dans l’\u00e9chantillon et mesure la r\u00e9ponse thermor\u00e9fl\u00e9chie du mat\u00e9riau \u00e0 diff\u00e9rentes fr\u00e9quences de modulation. Cette technique permet aux chercheurs de d\u00e9terminer la conductivit\u00e9 thermique en mod\u00e9lisant le flux de chaleur \u00e0 travers le diamant et ses interfaces. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Sources :
<\/strong>[1] M. Shamsa, S. Ghosh, I. Calizo, V. Ralchenko, A. Popovich, A. A. Balandin ; Thermal conductivity of nitrogenated ultrananocrystalline diamond films on silicon. J. Appl. Phys. 15 avril 2008 ; 103 (8) : 083538. https:\/\/doi.org\/10.1063\/1.2907865<\/a><\/em>
[2] Zhang, Chunyan & Vispute, Ratnakar & Fu, Kelvin & Ni, Chaoying. (2023). A review of thermal properties of CVD diamond films. Journal of Materials Science. 58. 1-23 .<\/a> https:\/\/doi.org\/10.1007\/s10853-023-08232-w. <\/em>
[3] Wei L, Kuo PK, Thomas RL, Anthony TR, Banholzer WF (1993) Thermal conductivity of isotopically modified single crystal diamond. Phys Rev Lett 70(24):3764-3767. https:\/\/doi.org\/10.1103\/PhysRevLett.70.3764<\/a><\/em>
[4] Pop E, Varshney V, Roy AK (2012) Propri\u00e9t\u00e9s thermiques du graph\u00e8ne : principes fondamentaux et applications. MRS Bull 37(12):1273-1281. https:\/\/doi.org\/10.1557\/mrs.2012.203<\/a><\/em>
[5] Mashali F, Languri E, Mirshekari G, Davidson J, Kerns D (2019) Nanodiamond nanofluid microstructural and thermo-electrical characterization. Int Commun Heat Mass Transfer 101:82-88. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.icheatmasstransfer.2019.01.007<\/a><\/em>
[6] Angadi MA, Watanabe T, Bodapati A, Xiao X, Auciello O, Carlisle JA, Eastman JA, Keblinski P, Schelling PK, Phillpot SR (2006) Thermal transport and grain boundary conductance in ultrananocrystalline diamond thin films. J Appl Phys. https:\/\/doi.org\/10.1063\/1.2199974.<\/a> <\/em><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Instrument de mesure appropri\u00e9<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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