3 Omega yöntemi
3 Omega yöntemi – termal iletkenliği ölçmeye yönelik bir yaklaşım
Termal iletkenliği ölçmek için yaygın olarak kullanılan bir yaklaşım 3ω yöntemidir. Yöntem başlangıçta katı malzemelerin termal iletkenliğini ölçmek için geliştirilmiş olsa da, temel prensip daha sonra ince filmlerin termal karakterizasyonuna da uygulanabilmiştir. ince filmlerin termal karakterizasyonu birkaç nm kalınlığa kadar.
Buna ek olarak, 3ω yöntemi, yöne bağlı karakterizasyonu, yani düzlemde ve ona dik termal iletkenliğin ölçümünü sağlamak için anizotropik filmlerin ve serbest duran membranların ölçümüne de genişletilmiştir. Genel olarak, bu tekniğin şu anda ince filmlerin termal taşıma özelliklerini karakterize etmek için en popüler ve yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri olduğu söylenebilir.
3-omega tekniği için deney düzeneği (ısıtma/sıcaklık ölçümü için doğrusal metal şeritler dahil)[/caption]
3ω yönteminde, numune ile termal temas halinde olan ince bir metal şerit hem ısıtıcı hem de sıcaklık sensörü olarak görev yapar. Ölçüm için alternatif bir akım I(t) 
ω açısal frekansı ve I0 genliği ile ısıtıcıya basılır, böylece Joul ısıtması ile bir ısıtma gücü P(t) üretilir,
Bu da ısıtıcının sıcaklığını şu şekilde modüle eder
ve sonuç olarak ısıtıcı direncinde bir salınımRh
açısal frekans 2ω’de. Burada β metal şeridin direncinin sıcaklık katsayısıdır.
Frekansla ilişkili olarak, φ faz konumu artık hem ısıtma elemanının geometrisine hem de altta yatan malzemelerin fiziksel özelliklerine bağlıdır.
Dolayısıyla, ısıtıcı üzerindeki voltaj düşüşünü ölçerseniz, (Ohm yasasına göre U = R x I) üçüncü harmonik salınımın 3ω küçük bir bileşenine sahip olan, bir kilitli amplifikatör ile çıkarılabilen ve altta yatan malzemeler hakkında bilgi içeren genlik modülasyonlu bir voltaj sinyali elde edersiniz.
Hesaplama için termal iletkenlik hesaplanmasının yanı sıra örneklemin özgül ısı kapasitesiSadece deneysel düzeneğe bağlı olan ısı difüzyon denkleminin çözülmesi gerekmektedir.
İki ölçümlü diferansiyel 3 Omega yaklaşımı
karakterizasyonu için 3ω yöntemine dayanan yaygın olarak kullanılan bir yaklaşımdır. ince film iki ölçümlü diferansiyel 3 Omega yaklaşımı olarak adlandırılır.
İlk ölçüm çıplak alt tabaka üzerinde gerçekleşir ve ikinci ölçüm ölçülecek tabakayı içerir.
Film, ısıtıcı ile alt tabaka arasına seri olarak bağlanan ek bir termal direnç görevi görür. Böylece, ince film olmadan yapılan ölçüme kıyasla sıcaklık salınımının genliğinde bir artış sağlar.
Katmanın termal iletkenliği, Fourier yasası kullanılarak bu artıştan belirlenebilir:
Burada w ve l ısıtıcının genişliğini ve uzunluğunu temsil etmektedir.
3w ölçüm teknolojisi kullanılarak düzlemde termal iletkenlik
Başka bir test düzeneği, 3w ölçüm teknolojisi kullanılarak düzlemdeki termal iletkenliğin belirlenmesini göstermektedir. Burada, bir ısıtma elemanı bir membran veya serbest duran bir alt tabaka üzerinde merkezlenmiştir. Bu durumda, membranın termal davranışı aşağıdaki denklem kullanılarak tanımlanabilir:
Burada G=2λdlb^(-1) termal zaman sabiti, b genişlik, l uzunluk ve D membranın termal difüzivitesidir.
3-omega yöntemi kullanılarak ince tabakalarda düzlem içi termal iletkenlik ölçümleri için entegre ölçüm çipi
Hangi özellikler belirlenir?
3ω ölçüm yöntemi, ısıtma elemanı olarak AC ile çalışan bir metal şerit kullanarak katı malzemelerin (katı veya sıvı) ve ince tabakaların termal iletkenliğini, termal difüzivitesini ve özgül ısı kapasitesini belirlemeye yönelik bir elektrotermal ölçüm yöntemidir.
Doğrudan numuneye uygulanan metal ısıtıcı periyodik olarak enerjilendirilir ve ısıtıcı ile numunenin ortaya çıkan sıcaklık salınımları yöntemdeki aynı elemanla doğrudan okunur. Numunenin termal taşınım özellikleri, frekans bağımlılıklarından belirlenebilir.