3 Método Omega
3 Método Omega – uma abordagem para medir a condutividade térmica
Uma abordagem amplamente utilizada para medir a condutividade térmica é o método 3ω. Embora o método tenha sido originalmente desenvolvido para medir a condutividade térmica de materiais sólidos, o princípio básico também pôde ser aplicado posteriormente à caraterização térmica de películas finas. Caracterização térmica de películas finas até até alguns nm de espessura.
Além disso, o método 3ω também foi alargado à medição de películas anisotrópicas e membranas independentes para permitir a caraterização dependente da direção, ou seja, a medição da condutividade térmica no plano e perpendicular a ele. Em geral, pode dizer-se que esta técnica é atualmente um dos métodos mais populares e amplamente utilizados para caraterizar as propriedades de transporte térmico de películas finas.
Instalação experimental (incluindo tiras metálicas lineares para medição de aquecimento/temperatura) para a técnica 3-omega[/caption]
No método 3ω, uma tira metálica fina que está em contacto térmico com a amostra serve como aquecedor e como sensor de temperatura. Para a medição, uma corrente alternada I(t) 
com a frequência angular ω e a amplitude I0 é introduzida no aquecedor, sendo gerada uma potência de aquecimento P(t) pelo aquecimento Joul,
que, por sua vez, modula a temperatura do aquecedor na forma
e, consequentemente, uma oscilação da resistência do aquecedorRh
à frequência angular 2ω. Aqui β é o coeficiente de temperatura da resistência da tira metálica.
Em relação à frequência, a posição da fase φ depende agora tanto da geometria do elemento de aquecimento como das propriedades físicas dos materiais subjacentes.
Assim, se medires a queda de tensão através do aquecedor, obténs (de acordo com a lei de Ohm U = R x I) um sinal de tensão modulado em amplitude que tem um pequeno componente da oscilação do terceiro harmónico 3ω, que pode ser extraído com um amplificador de bloqueio e que tem a informação sobre os materiais subjacentes.
Para o cálculo da condutividade térmica da amostra, bem como o cálculo da capacidade térmica específica apenas a equação de difusão de calor, que depende da configuração experimental, ainda precisa de ser resolvida.
Abordagem diferencial 3 Omega com duas medições
Uma abordagem amplamente utilizada baseada no método 3ω para a caraterização de uma película fina sobre um substrato é a chamada abordagem 3 Omega diferencial com duas medições.
A primeira medição tem lugar no substrato nu e a segunda medição inclui a camada a ser medida.
A película actua como uma resistência térmica adicional que está ligada em série entre o aquecedor e o substrato. Assegura assim um aumento da amplitude da oscilação de temperatura em comparação com a medição sem a película fina.
A condutividade térmica da camada pode ser determinada a partir deste aumento utilizando a lei de Fourier:
em que w e l representam a largura e o comprimento do aquecedor.
Condutividade térmica no plano utilizando a tecnologia de medição 3w
Outra configuração de teste mostra a determinação da condutividade térmica no plano utilizando a tecnologia de medição 3w. Aqui, um elemento de aquecimento é centrado numa membrana ou num substrato livre. Neste caso, o comportamento térmico da membrana pode ser descrito através da seguinte equação:
Onde G=2λdlb^(-1) é a constante de tempo térmica, b é a largura, l é o comprimento e D é a difusividade térmica da membrana.
Chip de medição integrado para medições de condutividade térmica no plano em camadas finas utilizando o método 3-omega
Que propriedades são determinadas?
O método de medição 3ω é um método de medição electrotérmica para determinar a condutividade térmica, a difusividade térmica e a capacidade térmica específica de materiais sólidos (sólidos ou líquidos) e de camadas finas, utilizando uma tira metálica alimentada por corrente alternada como elemento de aquecimento.
O aquecedor metálico aplicado diretamente à amostra é energizado periodicamente e as oscilações de temperatura resultantes do aquecedor e da amostra são lidas diretamente com o mesmo elemento do método. As propriedades de transporte térmico da amostra podem ser determinadas a partir da sua dependência de frequência.