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首页 > 材料测试 > 热分析 > 激光法导热分析仪 > 热反射法薄膜导热系数测量仪TR
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测量原理

热反射(Thermo-Reflectance)方法基于超高速激光闪射系统,可测量基片上金属、陶瓷、聚合物薄膜的热物性参数,如热扩散系数(Thermal Diffusivity)、热导率(Thermal Conductivity)、吸热 系数(Thermal Effusivity)和界面热阻。

由于激光闪射时间仅为纳秒(ns)量级,甚至可达到皮秒(ps)量级,此系统可测量厚度低至10nm的薄膜。同时,系统提供不同的测量模式,以适应于不同的基片情况(透明/不透明)。

该方法符合国际标准:
JIS R 1689:通过脉冲激光热反射方法测量精细陶瓷薄膜的热扩散系数;
JIS R 1690:陶瓷薄膜和金属薄膜界面热阻的测量方法。


发展简史

  • 1990 年,日本产业技术综合研究所/日本国家计量院(AIST/NMIJ)发明热反射法,测量薄膜导热性能。

  • 2008 年,AIST 设立 PicoTherm 公司。

  • 2010 年,PicoTherm      公司推出纳秒级热反射系统 NanoTR。

  • 2012 年,PicoTherm      公司推出皮秒级热反射系统 PicoTR。

2014 年,PicoTherm 公司和 NETZSCH 公司建立战略合作。NETZSCH 将负责 PicoTherm 产品在全球的销售和服务。

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测量模式

RF 测量模式

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主激光源从反面加热薄膜,检测激光从正面测量薄膜的温度升高过程,从

而计算薄膜的导热性能参数。此模式适用于透明基片。

FF 测量模式

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主激光源从正面加热薄膜,检测激光从正面测量薄膜的温度下降过程,从

而计算薄膜的导热性能参数。此模式适用于不透明基片。


NanoTR / PicoTR - 技术参数

技术参数

NanoTR

PicoTR

温度范围

RT,RT … 300°C(选件)

RT,RT … 500°C(选件)

真空度

N/A

10-6 mbar(选件)

测量模式

RF/FF

RF/FF

样品尺寸

10x10 ... 20x20 mm

10x10 ... 20x20 mm

薄膜厚度

RF
  金属:1 ... 20µm
  陶瓷:300nm ... 5µm
  聚合物:30nm ... 2µm
  FF:> 1µm

RF
  金属:100nm ... 900nm
  陶瓷:10nm ... 300nm
  聚合物:10nm ... 100nm
  FF:> 100nm

基片厚度

< 1mm

< 1mm

热扩散温升时间

10ns ... 10µs

10ps ... 10ns

热扩散系数

0.01…1000 mm2/s

0.01…1000 mm2/s

测量精度

5%(RF), 10%(FF)

5%(RF), 10%(FF)

操作系统

Windows 7

Windows 7

 

NanoTR / PicoTR - 应用实例

TaOx_5p 薄膜

RF 模式下,不同厚度 TaOx_5p(5%氧化物)薄膜的测量曲线。可见即使薄膜厚度低至 10nm,仍然可以得到良好的信噪比。且不同厚度的薄膜得到的面热扩散时间数据符合线性关系。

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不同厚度 TaOx_5p 薄膜样品的原始温升信号对比

 6.jpg

面热扩散时间 vs. 样品厚度关系图

金属钼薄膜

以下两图分别使用 RF 与 FF 模式,对石英基片上的 90nm 厚的 Mo 薄膜进行了测试。两者的测试结果完全一致,平均值为 16.0 mm2/s。

 7.jpg

RF 模式测量结果

 8.jpg

FF 模式测量结果


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