TF-LFA L54: Анализ тепловых свойств тонких пленок методом частотной терморефлектометрии
Прибор TF-LFA L54 от компании LINSEIS представляет собой передовую лазерную систему для бесконтактного определения термофизических характеристик тонких пленок и многослойных структур. Основанная на методе Frequency Domain Thermoreflectance (FDTR), система обеспечивает высокоточное измерение ключевых параметров даже в ультратонких слоях толщиной от 10 нм до 20 мкм.
.png)
Это решение разработано для научно-исследовательских лабораторий и промышленных предприятий, где критически важна точность термического анализа полупроводников, термоэлектрических материалов, светодиодов, защитных покрытий и других функциональных тонкоплёночных систем.
Принцип работы: Frequency Domain Thermoreflectance (FDTR)
Метод FDTR — это полностью оптический, бесконтактный подход к измерению тепловых свойств. Он основан на модуляции лазерного нагрева поверхности образца и регистрации изменения её отражательной способности, вызванного температурными колебаниями.
.png)
В приборе используется:
- Насосный лазер (405 нм, 300 мВт) с гармонической модуляцией до 200 МГц для периодического нагрева;
- Зондирующий лазер (532 нм, 25 мВт) для детектирования фазового сдвига между возбуждением и термическим откликом.
Анализ сигнала в частотной области позволяет одновременно определить:
- Теплопроводность (λ)
- Тепловую диффузию (α)
- Объёмную теплоёмкость (ρ·cp)
- Тепловую эффективность (e)
- Тепловую граничную проводимость (TBC)
Благодаря этому исключаются ошибки, связанные с предположениями о плотности или теплоёмкости материала, что особенно важно для наноструктурированных и композитных плёнок.
Ключевые особенности TF-LFA L54
- Бесконтактное измерение — идеально для хрупких, микроскопических или чувствительных к механическому воздействию образцов.
- Автоматическая фокусировка — система постоянно корректирует положение лазерного пятна, обеспечивая стабильность и воспроизводимость результатов без ручной настройки.
- Опция анизотропии — измерение теплопроводности как в плоскости (in-plane), так и перпендикулярно ей (cross-plane), что критично для двумерных материалов (например, PdSe₂) и многослойных структур.
- Тепловое картирование — сканирование поверхности с шагом 50 мкм на площади до 10 мм² для оценки однородности покрытий.
- Интегрированная камера — визуальный контроль положения лазера и выбор интересующих участков образца в реальном времени.
- Широкий температурный диапазон — от комнатной температуры до +500 °C в инертной, окислительной, восстановительной атмосфере или вакууме (до 10⁻⁴ мбар).
Технические характеристики
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Толщина образца (в зависимости от теплопроводности) |
|
| Диапазон измерений |
|
| Температурный диапазон | Комнатная температура; до +200 °C / +500 °C Держатель для 4-дюймовых пластин (только при комнатной температуре) |
| Размеры образца | Любая форма от 2×2 мм до 25×25 мм |
| Лазеры |
|
| Фотодетектор | Si Avalanche Photodetector, активный диаметр 0,2 мм, полоса пропускания DC–400 МГц |
| Атмосфера | Инертная, окислительная, восстановительная, вакуум до 10⁻⁴ мбар |
| Электропитание | AC 100–240 В, 50/60 Гц, 1 кВА |
Программное обеспечение
Прибор поставляется с полнофункциональным программным пакетом LINSEIS, работающим под управлением Microsoft Windows. Программное обеспечение включает три основных модуля:
- Управление температурой — точный контроль профиля нагрева и охлаждения.
- Сбор данных — автоматизированный запуск измерений с возможностью задания параметров газовой среды, частоты модуляции и времени эксперимента.
- Анализ и оценка — многокомпонентная модель теплопереноса для многослойных структур, расчёт всех термических параметров за один цикл.
Дополнительные функции:
- Проверка осуществимости измерения
- Построение графиков чувствительности
- Сравнение кривых
- Экспорт данных в Excel и ASCII
- Защита данных при отключении питания
- Поддержка нескольких языков (включая русский)
.png)
Применение
TF-LFA L54 успешно применяется в следующих областях:
- Полупроводниковая промышленность — анализ SiO₂, Si₃N₄, GaN и других диэлектрических и функциональных слоёв.
- Термоэлектрические материалы — оптимизация ZT-коэффициента через точное измерение теплопроводности и интерфейсных потерь.
- Светодиоды и оптоэлектроника — управление тепловыми потоками в активных зонах.
- Алмазные покрытия CVD — верификация качества по теплопроводности (до 1600 Вт/(м·К)).
- Нитрид алюминия (AlN) — исследование зависимости теплопроводности от толщины (от 13,7 Вт/(м·К) при 200 нм до 41,4 Вт/(м·К) при 1600 нм).
- Двумерные материалы — измерение анизотропии в кристаллах PdSe₂, MoS₂ и других.
Преимущества FDTR перед TDTR
- Не требуется ручная регулировка зондирующего лазера — автоматическая фокусировка обеспечивает стабильность.
- Более широкий диапазон измеряемых толщин и теплопроводностей.
- Повышенная устойчивость к вибрациям и смещениям образца.
- Отсутствие необходимости в предположениях о теплоёмкости и плотности.
- Более простая настройка и подготовка образца.
TF-LFA L54 — это эталонное решение для современного термического анализа тонких плёнок. Благодаря сочетанию метода FDTR, автоматизации, гибкости конфигурации и мощного программного обеспечения, прибор обеспечивает максимальную точность, воспроизводимость и удобство в работе с материалами будущего.