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脈沖激光熱反射法薄膜導(dǎo)熱儀NanoTR / PicoTR

參考價(jià)面議
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  • 公司名稱柜谷科技發(fā)展(上海)有限公司
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  • 所  在  地
  • 廠商性質(zhì)其他
  • 更新時(shí)間2022/11/4 16:07:50
  • 訪問次數(shù)191
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柜谷科技發(fā)展(上海)有限公司專注于為科研工作者和質(zhì)量控制人員提供一站式實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品與配套服務(wù),致力于成為科學(xué)服務(wù)領(lǐng)域的者與變革者。公司通過自主研發(fā)、品牌運(yùn)營、品牌代理、實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)規(guī)劃方案等方式為生物醫(yī)藥、新材料、新能源、化工化學(xué)、精細(xì)化工、食品日化、分析檢測(cè)等領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室提供的綜合服務(wù),覆蓋客戶的研發(fā)準(zhǔn)備、研發(fā)過程、研發(fā)后期、生產(chǎn)質(zhì)控等各個(gè)階段,提供“一站式”有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品和服務(wù),是國內(nèi)的科學(xué)服務(wù)提供商。
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脈沖激光熱反射法薄膜導(dǎo)熱儀NanoTR / PicoTR
脈沖激光熱反射法薄膜導(dǎo)熱儀NanoTR / PicoTR 產(chǎn)品信息
熱反射(Thermo-Reflectance)方法基于超高速激光閃射系統(tǒng),可測(cè)量基片上金屬、陶瓷、聚合物薄膜的熱物性參數(shù),如:熱擴(kuò) 散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、吸熱系數(shù)(Thermal Effusivity)和界面熱阻。由于激光閃射時(shí)間僅為納秒(ns)量級(jí),甚至可達(dá)到皮秒(ps) 量級(jí),此系統(tǒng)可測(cè)量厚度低至 10nm 的薄膜。同時(shí),系統(tǒng)提供不同的測(cè)量模式,以適應(yīng)不同的基片情況(透明 / 不透明)。
 
NETZSCH TR 特性:
• 該方法符合日本國家標(biāo)準(zhǔn):
• JIS R 1689:通過脈沖激光熱反射方法測(cè)量精細(xì)陶瓷薄膜的熱擴(kuò)散系數(shù);
• JIS R 1690:陶瓷薄膜和金屬薄膜界面熱阻的測(cè)量方法 。

發(fā)展簡(jiǎn)史
1990 年,日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所/日本國家(AIST/NMIJ)發(fā)明熱反射法,測(cè)量薄膜導(dǎo)熱性能。
2008 年,AIST 設(shè)立 PicoTherm 公司。
2010 年,PicoTherm 公司推出納秒級(jí)熱反射系統(tǒng) NanoTR。
2012 年,PicoTherm 公司推出皮秒級(jí)熱反射系統(tǒng) PicoTR。
2014 年,PicoTherm 公司和 NETZSCH 公司建立戰(zhàn)略合作。由 NETZSCH 負(fù)責(zé) PicoTherm 產(chǎn)品在的銷售和服務(wù)。



技術(shù)背景
激光閃射法 -
最主流的材料熱擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試方法
在現(xiàn)代工業(yè)中,關(guān)于材料的熱性能、特別是熱物理性能的相關(guān)知識(shí)變得日益重要。在這里我們可以舉出一些典型領(lǐng)域,例如應(yīng)用于高性能縮微電子器件的散熱材料,作為持續(xù)能源的熱電材料,節(jié)能領(lǐng)域的絕熱材料,渦輪葉片中所使用的熱障涂層(TBC),以及核工廠的安全操作,等等。
在各種熱物性參數(shù)之中,導(dǎo)熱系數(shù)顯得尤其重要??梢允褂眉す忾W射法(LFA)對(duì)材料的熱擴(kuò)散系數(shù)/導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)定。這一方法經(jīng)過許多年的發(fā)展已廣為人知,可以提供可靠而精確的數(shù)據(jù)結(jié)果。樣品的典型厚度在 50um 至 10mm 之間。
NETZSCH 是一家的儀器制造廠商,提供一系列的熱物性測(cè)試儀器,特別是激光閃射法導(dǎo)熱儀。這些 LFA 系統(tǒng)在陶瓷,金屬,聚合物,核研究等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

熱反射法 -
測(cè)試厚度為納米級(jí)的薄膜材料的熱擴(kuò)散系數(shù)
隨著電子設(shè)備設(shè)計(jì)的顯著進(jìn)步,以及隨之而來的對(duì)有效的熱管理的需求,在納米級(jí)厚度范圍內(nèi)進(jìn)行精確的熱擴(kuò)散系數(shù)/導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量已經(jīng)變得越來越重要。

日本國家*工業(yè)科學(xué)與技術(shù)研究所(AIST),在上世紀(jì) 90 年代初即已響應(yīng)工業(yè)需求,開始研發(fā)“脈沖光加熱熱反射法”。于 2008 年成立了 PicoTherm 公司,同時(shí)推出了納秒級(jí)的熱反射儀器“NanoTR”與皮秒級(jí)的熱反射儀器“PicoTR”,這兩款儀器可對(duì)薄膜的熱擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行法的測(cè)量,薄膜厚度從數(shù)十微米低至納米級(jí)范圍。
2014 年,NETZSCH 日本分公司成為了 PicoTherm 公司的代理。與我們現(xiàn)有的 LFA 儀器相結(jié)合,NETZSCH 現(xiàn)在可以提供從納米級(jí)薄膜、到毫米級(jí)塊體材料的全套的測(cè)試方案。

為什么需要測(cè)試薄膜?
薄膜的熱性能與塊體材料的熱性能不同
納米級(jí)薄膜的厚度通常小于同類塊體材料典型的晶粒粒徑。由此,其熱物理性能與塊體材料將有著顯著的不同。



測(cè)量模式

超快速激光閃射法 -
RF 模式:后部(Rear)加熱 / 前部(Front)探測(cè)
可測(cè)試熱擴(kuò)散系數(shù)與界面熱阻
納米級(jí)薄層與薄膜的熱透過時(shí)間極短,傳統(tǒng)的激光閃射法(LFA)使用紅外測(cè)溫,采樣頻率相對(duì)較低,已不足以有效地捕捉納米級(jí)薄膜的傳熱過程。因此需要一種新的更快速的檢測(cè)方式,可以克服經(jīng)典的激光閃射法的技術(shù)局限。這一被稱為超快速激光閃射法的技術(shù),其典型模式為后部加熱/前部探測(cè)方法。
這一方式的測(cè)量結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的 LFA 方法相同:樣品制備于透明基體之上,測(cè)量方向?yàn)榇┻^樣品厚度、與樣品表面垂直。由加熱激光照射樣品的下表面,由探測(cè)激光檢測(cè)樣品上表面的傳熱溫升過程。
隨著樣品檢測(cè)面的溫度逐漸上升,其表面熱反射率會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。使用探測(cè)激光按一定采樣頻率對(duì)檢測(cè)面進(jìn)行照射,利用反射率的變化可獲取檢測(cè)面的溫度上升曲線?;谠撉€進(jìn)行擬合計(jì)算,可得到熱擴(kuò)散系數(shù)(如下圖所示)。這里,金屬薄膜(Mo)的熱擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量結(jié)果為 15.9 mm²/s。

時(shí)間域熱反射法 -
前部加熱 / 前部探測(cè)(FF)
測(cè)定熱擴(kuò)散系數(shù)與吸熱系數(shù)
除了 RF 方法之外,測(cè)量也可以使用前部加熱/前部探測(cè)(FF)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行。“Front”一詞這里指的是沉積于基體上的薄膜的外表面,而“Rear”一詞指的是薄膜與基體接觸的一面。
在 FF 測(cè)量配置中(如下圖所示),加熱激光與探測(cè)激光處于樣品的同一面。加熱激光加熱的是薄膜的前表面的一個(gè)直徑為幾十微米的區(qū)域,探測(cè)激光則指向同一位置,觀察在照射之后表面溫度的變化。
這一方法可以應(yīng)用于非透明基體上的薄層材料,即 RF 方法不適合的場(chǎng)合。
在下圖的示例中,使用 FF 模式,金屬薄膜(Mo)的熱擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量結(jié)果為 16.1 mm²/s。結(jié)果證明了 RF 與 FF 模式之間結(jié)果高度的一致性(偏差<2%)。



NanoTR 原理
NanoTR 具有*的信號(hào)處理技術(shù),可以進(jìn)行高速的測(cè)量。測(cè)試過程中,一束脈沖寬度 1ns 的激光脈沖被周期性(間隔20us)地照射到樣品的加熱面上。使用探測(cè)激光記錄檢測(cè)面相應(yīng)的溫度響應(yīng)。通過在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量的重復(fù)測(cè)試,對(duì)重復(fù)信號(hào)進(jìn)行累加,可以獲得優(yōu)異的信噪比。通過軟件,儀器可以方便地在 RF 與 FF 兩種測(cè)試方式之間進(jìn)行切換,由此適合于各種類別的樣品。
NanoTR 遵從 JIS R 1689,JIS R 1690 標(biāo)準(zhǔn),提供具有熱擴(kuò)散時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)值的薄膜標(biāo)樣(RM1301-a),使結(jié)果具有 SI 可回溯性。該標(biāo)樣由 AIST 提供。

PicoTR 原理
對(duì)于皮秒級(jí)熱反射分析儀 PicoTR,照射到樣品的加熱面上的是脈沖寬度僅為 0.5ps 的激光脈沖,重復(fù)周期為 50ns。使用探測(cè)激光,記錄檢測(cè)面相應(yīng)的溫度響應(yīng)。
PicoTR 允許用戶在 RF 與 FF 兩種模式之間進(jìn)行自由切換。
PicoTR 符合 JIS R 1689,JIS R 1690 標(biāo)準(zhǔn)。


技術(shù)參數(shù)

儀器型號(hào) NanoTR PicoTR
溫度范圍 RT,RT … 300°C(選配) RT,RT … 500°C(選配)
測(cè)量模式 RF/FF RF/FF
樣品尺寸 10 × 10mm … 20 × 20mm 10 × 10mm … 20 × 20mm
薄膜厚度

30nm … 20µm (取決于樣品種類和測(cè)量模式)

10nm … 900nm (取決于樣品種類和測(cè)量模式)

熱擴(kuò)散系數(shù) 0.01 … 1000mm²/s 0.01 … 1000mm²/s
主激光 脈沖寬度 1ns 光束直徑 100µm 激光功率 100mW 脈沖寬度 0.5ps 光束直徑 45µm 激光功率 20mW



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