德國耐馳脈沖激光熱反射法薄膜導(dǎo)熱儀，湖北安禾儀器有限公司，為德國耐馳在華中地區(qū)銷售代理公司,主營：熱重分析儀，差示掃描量熱儀，同步熱分析儀，熱機械分析儀，動態(tài)熱機械分析儀，大力值、高溫動態(tài)熱機械分析儀，介電樹脂固化監(jiān)測儀，熱物性測量儀器系列，絕熱加速量熱儀系列等德國耐馳全系產(chǎn)品

熱反射（Thermo-Reflectance）方法基于超高速激光閃射系統(tǒng)，可測量基片上金屬、陶瓷、聚合物薄膜的熱物性參數(shù)，如熱擴散系數(shù)（Thermal Diffusivity）、熱導(dǎo)率（Thermal Conductivity）、吸熱 系數(shù)（Thermal Effusivity）和界面熱阻。

由于激光閃射時間僅為納秒（ns）量級，甚至可達到皮秒（ps）量級，此系統(tǒng)可測量厚度低至10nm的薄膜。同時，系統(tǒng)提供不同的測量模式，以適應(yīng)于不同的基片情況（透明/不透明）。

該方法符合標準：
JIS R 1689：通過脈沖激光熱反射方法測量精細陶瓷薄膜的熱擴散系數(shù)；
JIS R 1690：陶瓷薄膜和金屬薄膜界面熱阻的測量方法。

發(fā)展簡史

• 1990 年，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所/日本國家計量院（AIST/NMIJ）發(fā)明熱反射法，測量薄膜導(dǎo)熱性能。
• 2008 年，AIST 設(shè)立 PicoTherm 公司。
• 2010 年，PicoTherm 公司推出納秒級熱反射系統(tǒng) NanoTR。
• 2012 年，PicoTherm 公司推出皮秒級熱反射系統(tǒng) PicoTR。
• 2014 年，PicoTherm 公司和 NETZSCH 公司建立戰(zhàn)略合作。由 NETZSCH 負責 PicoTherm 產(chǎn)品在銷售和服務(wù)。

測量模式

RF 測量模式		FF 測量模式
主激光源從反面加熱薄膜，檢測激光從正面測量薄膜的溫度升高過程，從而計算薄膜的導(dǎo)熱性能參數(shù)。此模式適用于透明基片。		主激光源從正面加熱薄膜，檢測激光從正面測量薄膜的溫度下降過程，從而計算薄膜的導(dǎo)熱性能參數(shù)。此模式適用于不透明基片。

激光閃射法 -
主流的材料熱擴散系數(shù)測試方法

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。可以使用激光閃射法（LFA）對材料的熱擴散系數(shù)/導(dǎo)熱系數(shù)進行測定。這一方法經(jīng)過許多年的發(fā)展已廣為人知，可以提供可靠而數(shù)據(jù)結(jié)果。樣品的典型厚度在 50um 至 10mm 之間。

NETZSCH 是一家儀器制造廠商，提供一系列的熱物性測試儀器，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 -
測試厚度為納米級的薄膜材料的熱擴散系數(shù)

隨著電子設(shè)備設(shè)計的顯著進步，以及隨之而來的對有效的熱管理的需求，在納米級厚度范圍內(nèi)進行熱擴散系數(shù)/導(dǎo)熱系數(shù)測量已經(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 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，同時推出了納秒級的熱反射儀器“NanoTR”與皮秒級的熱反射儀器“PicoTR”，這兩款儀器可對薄膜的熱擴散系數(shù)進行法的測量，薄膜厚度從數(shù)十微米低至納米級范圍。

為什么需要測試薄膜？
薄膜的熱性能與塊體材料的熱性能不同

納米級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。

超快速激光閃射法 -
RF 模式：后部（Rear）加熱 / 前部（Front）探測
可測試熱擴散系數(shù)與界面熱阻

納米級薄層與薄膜的熱透過時間極短，傳統(tǒng)的激光閃射法（LFA）使用紅外測溫，采樣頻率相對較低，已不足以有效地捕捉納米級薄膜的傳熱過程。因此需要一種新的更快速的檢測方式，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/前部探測方法。

這一方式的測量結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的 LFA 方法相同：樣品制備于透明基體之上，測量方向為穿過樣品厚度、與樣品表面垂直。由加熱激光照射樣品的下表面，由探測激光檢測樣品上表面的傳熱溫升過程。

隨著樣品檢測面的溫度逐漸上升，其表面熱反射率會相應(yīng)發(fā)生變化。使用探測激光按一定采樣頻率對檢測面進行照射，利用反射率的變化可獲取檢測面的溫度上升曲線?；谠撉€進行擬合計算，可得到熱擴散系數(shù)（如下圖所示）。這里，金屬薄膜（Mo）的熱擴散系數(shù)測量結(jié)果為 15.9 mm²/s。

時間域熱反射法 -
前部加熱 / 前部探測（FF）
測定熱擴散系數(shù)與吸熱系數(shù)

除了 RF 方法之外，測量也可以使用前部加熱/前部探測（FF）的結(jié)構(gòu)進行。“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 測量配置中（如下圖所示），加熱激光與探測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直徑為幾十微米的區(qū)域，探測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 方法不適合的場合。

在下圖的示例中，使用 FF 模式，金屬薄膜（Mo）的熱擴散系數(shù)測量結(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*的信號處理技術(shù)，可以進行高速的測量。測試過程中，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。使用探測激光記錄檢測面相應(yīng)的溫度響應(yīng)。通過在極短時間內(nèi)進行大量的重復(fù)測試，對重復(fù)信號進行累加，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 兩種測試方式之間進行切換，由此適合于各種類別的樣品。 NanoTR 遵從 JIS R 1689，JIS R 1690 標準，提供具有熱擴散時間標準值的薄膜標樣（RM1301-a），使結(jié)果具有 SI 可回溯性。該標樣由 AIST 提供。

NanoTR 儀器結(jié)構(gòu)示意圖

PicoTR 原理 對于皮秒級熱反射分析儀 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。使用探測激光，記錄檢測面相應(yīng)的溫度響應(yīng)。 PicoTR 允許用戶在 RF 與 FF 兩種模式之間進行自由切換。 PicoTR 符合 JIS R 1689，JIS R 1690 標準。

PicoTR 儀器結(jié)構(gòu)示意圖

國家標準的可追溯性

在樣品不透明、基體透明的情況下，使用 NanoTR 與 PicoTR，可對熱擴散系數(shù)進行法測量。對于所有的其他情況，例如基體不透明、薄膜為透明，日本國家*工業(yè)科學(xué)與技術(shù)研究所（AIST）提供了相應(yīng)的參比材料，其材質(zhì)為 Mo（CRM 5808-a，針對 PicoTR）與 TiN（RM 1301-a，針對NanoTR）。這確保了對國家標準的可追溯性。儀器設(shè)計遵從日本工業(yè)標準（JIS）：

• JIS R 1689：通過脈沖激光熱反射方法測量精細陶瓷薄膜的熱擴散系數(shù)；
• JIS R 1690：陶瓷薄膜和金屬薄膜界面熱阻的測量方法。

 德國耐馳脈沖激光熱反射法薄膜導(dǎo)熱儀，湖北安禾儀器有限公司，為德國耐馳在華中地區(qū)銷售代理公司,主營：熱重分析儀，差示掃描量熱儀，同步熱分析儀，熱機械分析儀，動態(tài)熱機械分析儀，大力值、高溫動態(tài)熱機械分析儀，介電樹脂固化監(jiān)測儀，熱物性測量儀器系列，絕熱加速量熱儀系列等德國耐馳全系產(chǎn)品