Metoda 3 Omega
3 Metoda Omega – podejście do pomiaru przewodności cieplnej
Powszechnie stosowaną metodą pomiaru przewodności cieplnej jest metoda 3ω. Chociaż metoda ta została pierwotnie opracowana do pomiaru przewodności cieplnej materiałów stałych, podstawową zasadę można później zastosować również do charakterystyki termicznej cienkich warstw. Charakterystyka termiczna cienkich warstw o grubości do do kilku nm grubości.
Ponadto, metoda 3ω została również rozszerzona na pomiar warstw anizotropowych i membran wolnostojących, aby umożliwić charakterystykę zależną od kierunku, tj. pomiar przewodności cieplnej w płaszczyźnie i prostopadle do niej. Ogólnie można powiedzieć, że technika ta jest obecnie jedną z najpopularniejszych i najszerzej stosowanych metod charakteryzowania właściwości transportu termicznego cienkich warstw.
Konfiguracja eksperymentalna (w tym liniowe metalowe paski do ogrzewania/pomiaru temperatury) dla techniki 3-omega[/caption]
W metodzie 3ω cienki metalowy pasek, który jest w kontakcie termicznym z próbką, służy zarówno jako grzejnik, jak i czujnik temperatury. Do pomiaru wykorzystywany jest prąd zmienny I(t) 
o częstotliwości kątowej ω i amplitudzie I0 jest wprowadzana do grzejnika, przy czym moc grzewcza P(t) jest generowana przez ogrzewanie Joula,
który z kolei moduluje temperaturę grzałki w postaci
i w rezultacie oscylację rezystancji grzałkiRh
przy częstotliwości kątowej 2ω. Tutaj β jest współczynnikiem temperaturowym rezystancji metalowego paska.
W odniesieniu do częstotliwości, pozycja fazowa φ zależy teraz zarówno od geometrii elementu grzejnego, jak i od właściwości fizycznych materiałów bazowych.
Jeśli więc zmierzymy spadek napięcia na grzałce, otrzymamy (zgodnie z prawem Ohma U = R x I) modulowany amplitudowo sygnał napięciowy, który ma niewielki składnik trzeciej harmonicznej oscylacji 3ω, który można wyodrębnić za pomocą wzmacniacza lock-in i który zawiera informacje o podstawowych materiałach.
Do obliczenia przewodności cieplnej próbki, jak również obliczenia pojemności cieplnej właściwej należy rozwiązać tylko równanie dyfuzji ciepła, które zależy od konfiguracji eksperymentalnej.
Podejście różnicowe 3 Omega z dwoma pomiarami
Powszechnie stosowane podejście oparte na metodzie 3ω do charakteryzacji cienkiej warstwy na podłożu objętościowym jest tak zwana metoda różnicowa 3 Omega z dwoma pomiarami.
Pierwszy pomiar odbywa się na gołym podłożu, a drugi pomiar obejmuje mierzoną warstwę.
Folia działa jak dodatkowy rezystor termiczny, który jest połączony szeregowo między grzałką a podłożem. Zapewnia to wzrost amplitudy oscylacji temperatury w porównaniu z pomiarem bez cienkiej folii.
Przewodność cieplną warstwy można określić na podstawie tego wzrostu, korzystając z prawa Fouriera:
gdzie w i l oznaczają szerokość i długość grzejnika.
Przewodność cieplna w płaszczyźnie przy użyciu technologii pomiaru 3w
Inna konfiguracja testowa pokazuje określenie przewodności cieplnej w płaszczyźnie przy użyciu technologii pomiarowej 3w. W tym przypadku element grzejny jest wyśrodkowany na membranie lub wolnostojącym podłożu. W tym przypadku zachowanie termiczne membrany można opisać za pomocą następującego równania:
Gdzie G=2λdlb^(-1) jest termiczną stałą czasową, b jest szerokością, l jest długością, a D jest dyfuzyjnością termiczną membrany.
Zintegrowany układ pomiarowy do pomiarów przewodności cieplnej w cienkich warstwach metodą 3-omega
Jakie właściwości są określane?
Metoda pomiarowa 3ω jest elektrotermiczną metodą pomiarową służącą do określania przewodności cieplnej, dyfuzyjności cieplnej i pojemności cieplnej właściwej materiałów stałych (stałych lub ciekłych) i cienkich warstw, przy użyciu zasilanego prądem przemiennym metalowego paska jako elementu grzejnego.
Metalowy grzejnik przyłożony bezpośrednio do próbki jest okresowo zasilany, a wynikające z tego oscylacje temperatury grzejnika i próbki są odczytywane bezpośrednio za pomocą tego samego elementu w metodzie. Właściwości transportu termicznego próbki można określić na podstawie ich zależności od częstotliwości.