SDTR一种薄膜面内各向异性热导率的测量方法

SDTR本身贴膜面内各向异性聊天热导率的测量做法做法

近些这几年来，伴随半导服务行业的很多开发，半导零件的大小急剧下降急剧缩小到，对集成块或塑料膜的原材料的热物性蜡烛燃烧实验至关比较重要，这些给共性超小宽度的热物性遥测工艺具备了开发意愿，并且中体系结构光电技术的热条件反射面法的开发表明小宽度(亚2um)样品管理的热导率測量脸变加容易。在频域热条件反射面法FDTR測量中：锁相扩大器的关联性相位是需要被精度确定以急剧缩小到对相位滞后效应警报的作用。

SDTR - (SpecialDomain ThermalReflection)面积热折射面这样是根据智能机械泵浦-热折射面的试探器技艺，也能够 涉及小外形尺寸透明膜仿品的面内热物性的检测措施步骤。相比之下于其他智能机械泵浦试探器措施步骤(如：TDTR，FDTR)它的优越性是也能够 检验透明膜仿品的面内热物性，且成本费较低；同FDTR这样是根据维持智能机械，可是近几年的FDTR的调变工作频率平常在5 kHz往上，因只能够得出10 W/mK 往上的面内热导率，但SDTR进行变更泵浦和试探器光点的面积地段赢得相位和幅值走势，也能够 检测底于10 W/(m·K)的面内热导率。

1. SDTR测量

图(tu)1所示为(wei) SDTR 的(de)(de)(de)实验系统光(guang)路图(tu)。一束(shu)泵(beng)(beng)浦(pu)激(ji)(ji)光(guang)经正(zheng)弦(xian)波(bo)调(diao)制后聚焦(jiao)在(zai)(zai)样(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)表面(mian)，对样(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)进行周期性(xing)加(jia)热(re)；另(ling)一束(shu)波(bo)长不同的(de)(de)(de)探(tan)测激(ji)(ji)光(guang)透过(guo)偏(pian)振分光(guang)棱镜(透过(guo)率(lv)可通(tong)过(guo)调(diao)整(zheng)线偏(pian)振方向(xiang)变(bian)(bian)化(hua))，透过(guo)光(guang)聚焦(jiao)在(zai)(zai)样(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)表面(mian)，探(tan)测样(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)表面(mian)的(de)(de)(de)温度响应，探(tan)测光(guang)可以(yi)透过(guo)二向(xiang)色(se)镜照射(she)并聚焦(jiao)至样(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)并反射(she)，携带样(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)表面(mian)的(de)(de)(de)周期性(xing)变(bian)(bian)化(hua)的(de)(de)(de)热(re)反射(she)率(lv)信(xin)息，泵(beng)(beng)浦(pu)光(guang)在(zai)(zai)二向(xiang)色(se)镜处(chu)反射(she)并聚焦(jiao)至样(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)处(chu)对样(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)进行周期性(xing)加(jia)热(re)，样(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)表面(mian)因周期性(xing)的(de)(de)(de)热(re)场而(er)生(sheng)成周期性(xing)变(bian)(bian)化(hua)的(de)(de)(de)热(re)反射(she)率(lv)。光(guang)学试探(tan)器(qi)将探(tan)测光(guang)光(guang)信(xin)号(hao)(hao)转换(huan)成电信(xin)号(hao)(hao)，然后传输(shu)(shu)给(ji)锁(suo)相(xiang)放大(da)(da)器(qi)以(yi)提取信(xin)号(hao)(hao)的(de)(de)(de)幅(fu)值(zhi)和(he)相(xiang)位。可以(yi)通(tong)过(guo)锁(suo)相(xiang)放大(da)(da)器(qi)输(shu)(shu)出一个(ge)给(ji)定频率(lv)的(de)(de)(de)正(zheng)弦(xian)信(xin)号(hao)(hao)或者(zhe)通(tong)过(guo)外部信(xin)号(hao)(hao)发生(sheng)器(qi)输(shu)(shu)出给(ji)锁(suo)相(xiang)放大(da)(da)器(qi)和(he)泵(beng)(beng)浦(pu)激(ji)(ji)光(guang)器(qi)，传输(shu)(shu)给(ji)泵(beng)(beng)浦(pu)激(ji)(ji)光(guang)器(qi)用(yong)以(yi)调(diao)制泵(beng)(beng)浦(pu)激(ji)(ji)光(guang)，传输(shu)(shu)给(ji)锁(suo)相(xiang)作为(wei)内(nei)部参考，实现(xian)对采集信(xin)号(hao)(hao)的(de)(de)(de)锁(suo)相(xiang)分析。

在SDTR实验英文测定中，样机英文英文表层想要镀多一层约100 nm 厚的复合膜身为体温感测器层。能够自动调节激光切割机的光路海军中将光柱折射强度至样机英文英文的折射强度镜的的角度，就可以校准样机英文英文表层泵浦黑斑相对的于检测系统黑斑的角度，另外锁相调大器记录表下幅值和相位预警随样机英文英文表层的泵浦黑斑和检测系统黑斑相互间偏位间隔xc的数据文件。以xc=0时的相位和幅值预警为国家标准，对符合各种xc处的相位预警取其差总分

，对幅值讯号取其归一化值

，同时拟合差分相位信号和归一化幅值信号，即可提取样品沿光斑偏移方向的面内热导率kx和该方向的激光光斑尺寸Wx。

图1：SDTR激(ji)光(guang)光(guang)路北欧简(jian)约展(zhan)示图

图(tu)2：单(dan)单(dan)从表面镀有(you)100 nm钛(tai)的熔(rong)融熔(rong)融石英原材料在150 Hz泵浦熬制频点(dian)和11.5 μm亮斑外(wai)形尺寸下的SDTR试验相位(a)和归(gui)一(yi)化幅(fu)值(b)资料图(tu)。

图2什么和什么示为在150 Hz 泵浦调频下，镀有100 nm钛膜的熔融熔融石英砂晶体砂仿品的校正数据文件分析和线性曲线线性拟合线性曲线线性拟合线性拟合申请这类卡种曲线线性拟合提额。在对图2(a)中相位差网络卫星走势实现线性曲线线性拟合线性曲线线性拟合线性拟合，之中用于论文综述中能提供的熔融熔融石英砂晶体砂的体积太比热容等数据文件分析后线性曲线线性拟合线性曲线线性拟合线性拟合而推算出熔融熔融石英砂晶体砂沿亮斑偏位目标的面内热导率是1.4W/(m·K)。SDTR被测是的热导率与论文综述值特别贴近；理解，若在该变泵浦亮斑和监测亮斑相对的于仿品的的偏斜目标行测是沿外面的几大目标的四项异形的热导率(不图片中的熔融熔融石英砂晶体砂是各向同性恋建材，如果没有必备实现不同的目标的各向异形测试图片)。图2(a)还动态展示板了的z佳线性曲线线性拟合线性曲线线性拟合线性拟合值发展±30% 所分别的申请这类卡种曲线线性拟合提额，在下图用虚线标识，动态展示板了该网络卫星走势对的特别敏非理性。而另一个工作方面，图2(b)一样的归一化幅值网络卫星走势在线性曲线线性拟合线性曲线线性拟合线性拟合幅值网络卫星走势行精确性地实现沿偏位目标的脉冲激光亮斑尺寸图为11.5 μm。

2. 敏锐(rui)度数据分析

图(tu)3展示了图(tu)1的(de)(de)测量信号对系(xi)(xi)统中不(bu)同(tong)(tong)(tong)参数的(de)(de)敏感(gan)性系(xi)(xi)数。这些参数包括了传(chuan)感(gan)层和基(ji)底(di)材(cai)料的(de)(de)不(bu)同(tong)(tong)(tong)方向(xiang)上的(de)(de)热导率kxm、kym、kzm(其(qi)中角标m表(biao)示为金属传(chuan)感(gan)曾的(de)(de)物理性质)和kx、ky、kz，体积比热容cm和c，金属传(chuan)感(gan)层的(de)(de)厚度hm，界面热导G，泵浦光斑样品表(biao)面上不(bu)同(tong)(tong)(tong)方向(xiang)上的(de)(de)激(ji)光光斑尺寸wx、wy。

图3：调制频率9KHZ，100nm AU/ sapphire样品的SDTR测试结果对样品各个热物性的敏感度示意图。(a)相位梯度信号对于不同参数的敏感度；(b)幅值半高宽对不同参数的敏感度。

图3中显示：沿样品表面x方向的热导率kx和样品的体积比热容c对的(de)敏感度较(jiao)高，因此对与得(de)到(dao)较(jiao)为(wei)准确(que)的(de)热导率结果，需要(yao)事(shi)先知道较(jiao)为(wei)准确(que)可靠的(de)样(yang)(yang)品体积比热容c；x方向的(de)光斑尺寸wx对幅值(zhi)半(ban)(ban)高宽(kuan)(kuan)敏感度较(jiao)高，因此可通过幅值(zhi)半(ban)(ban)高宽(kuan)(kuan)较(jiao)为(wei)准确(que)地确(que)定(ding)样(yang)(yang)品表面光斑尺寸wx，其中(zhong)受到(dao)其他的(de)样(yang)(yang)品参(can)数影响较(jiao)小。

3. 测试(shi)方法数据(ju)

图4： SDTR做好的一品类原则产品的样品的面内热导率的精确测量結果与资料考虑值的更。

回收利用SDTR做法区别对对蓝辉石、硅、二硫化硅、高专向热解石墨（HOPG）及x-激光切割石英石的面内热导率通过了测试校正，其最后图甲4右图，这之中所得的最后均与医学文献基准值极高不符，误差值均不低于5%。

有关专著：

[1] P. Jiang, D. Wang, Z. Xiang, R. Yang, H. Ban, A new spatial-domain thermoreflectance method to measure a broad range of anisotropic in-plane thermal conductivity, Int. J. Heat Mass Transfer, 191 (2022) 122849.

[2] 宋尚(shang)智, 张(zhang)可(ke)欣, 江普(pu)庆, 最新型光电交流学习量热(re)法(fa)准确(que)无误衡量小尺(chi)寸图(tu)原材(cai)料(liao)的面内热(re)导率, 能源开发(fa)科学技(ji)木(mu)与技(ji)木(mu), 1 (2022) 33-38.

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