设备介绍
允许进行多功能和创新的纳米级热分析
√ 精确评估薄膜和微粒的导热系数
√ 使用三维扩散模型揭示各向异性的热导率
√ 量化深层界面的热边界导热系数
√ 在微观尺度上可视化热性能分析
基本原理：频域热反射
什么是热反射？
热反射是材料表面相对于温度的反射光的变化。
当温度变化量小于10K时，热反射呈线性变化。
（CTR : 热反射系数）
热反射检测用泵浦探测方法
泵浦激光器以特定频率调制，周期性地加热样品表面。同时，同轴照射探针激光器，从反射的探针光中检测出与表面温度相关的热反射成分热反射信号中的相位延迟。
（在样品表面沉积一层金转换器层对于有效地将泵送能量转化为热量以及将由此产生的温度变化转化为反射率变化是必要的。）
热反射信号中的相位延迟
加热信号和热反射信号具有相同的频率，但两者之间存在相位延迟，这种相位延迟取决于样品的热物理性质和几何形状。
跨频率的相位曲线测量
将泵浦激光器的调制频率（加热频率）从低到高扫描，绘制相位延迟曲线，通常在10分钟内可得到相位曲线。
数据拟合和参数提取
热物理性质是通过将得到的相曲线拟合到热传输模型来定量评估的。该模型包括以下参数。
各层参数 跨平面和面内热导率（W/m·K）、体积比热容（kJ/m³·K）及厚度（nm）
参数在每个接口 热边界导热系数（MW/m2.K）
（激光点尺寸和泵浦激光器与探测激光器之间的偏移距离也被包括在内作为拟合参数。）
主要应用领域
√ 半导体行业：评价薄膜和衬底之间的热边界电导率， 以及散热填料颗粒的热导率， 可用于芯片热失效分析、 电子封装材料界面热传导评估。
√ 热电转换器的材料开发：用于测量薄膜和小晶粒的热导率 (通 过平面和内部) , 从而优化热电器件 尺寸小到纳米级来降低热导率 。
Part.1
通过激光扫描和微聚焦光束实现的功能
微尺度热导率评估
通过使用微尺度激光点和三维热扩散模型，可以评估各向异性的热导率。该装置还能够测量微尺度颗粒中的热导率。
用激光扫描扩展FDTR功能
除了使用电动平台扫描进行FDTR映射外，激光束扫描还能够评估平面内的热导率和热边界传导。
Part.2
热物理领域的突破性应用
热导率表征
块状基材- 蓝宝石和金刚石
本案例展示了在蓝宝石和金刚石基板上进行的热导率测量。拟合结果显示，蓝宝石基板的热导率为30.8W/m·K，而金刚石基板的热导率为2820.0W/m·K，这表明即使具有极高热导率的材料也能进行定量评估。
薄膜- 厚度为100纳米的非晶Ge1-xSnx
本研究对四种厚度约100纳米、沉积在硅基底上的非晶锗锡薄膜的导热性能进行了研究，这些薄膜含有不同浓度的锡元素。结果表明，随着锡含量的增加，导热性能明显降低。
热边界导热系数的表征
微粒- 18um单晶氧化铝颗粒
下图表展示了一个案例研究，评估了粒径为18um的单晶氧化物颗粒的热导率。这些颗粒具有粗糙/多面体结构，因此我们精化物颗粒的热导率。这些颗粒具有粗糙/多面体结构，因此我们精射信号。拟合结果显示，这些颗粒的热导率与块状氧化铝相当。
各向异性材料- 块状单晶La5Ca9Cu24O41(LCCO)
本研究通过将热导率分解为横向和纵向分量进行拟合，揭示了块状单晶La5Ca9Cu24O41(LCCO)材料的各向异性热导特性。结果表明:由于磁振子效应，其横向热导率较高;而纵向热导率较低，主要由源于声子效应。
热边界导热系数 - PVD与溅射
通过对比实验数据，我们揭示了采用物理气相沉积(PVD)与溅射工艺制备金基板时，其在蓝宝石衬底界面处的热边界传导系数(TBC)变化规律。实验数据显示:PVD工艺下的TBC值为138.0兆瓦/m2·K，而溅射工艺则达到306.5兆瓦/m2·K，衬底的热导率在两种工艺下类似。
热边界导热率 - 熔融结合硅界面
一项模拟研究探讨了FDTR能否检测融合键合硅晶圆界面处复合热边界导热系数(c-TBC)的变化--该参数综合反映了多层介质层与界面的共同作用在熔融硅晶圆界面。假设c-TBC为4.0MW/m2·K 且波动幅度±40%，光束直径为50um，结果显示，20um厚度以下的硅层，可以在10-50 kHz低频范围内获得有效的测量数据。
