Analizator przewodności cieplnej dla cienkich folii TFA

Tworzenie nowych możliwości

Rewolucyjny system charakteryzacji cienkowarstwowych właściwości fizycznych. Wysoce zintegrowana i łatwa w użyciu platforma pomiarowa.

Właściwości fizyczne cienkich warstw różnią się od materiałów sypkich, ponieważ pasożytnicze efekty powierzchniowe są znacznie silniejsze ze względu na mniejsze wymiary i wysokie współczynniki kształtu!

Rosnący wpływ rozpraszania powierzchniowego (a)
Dodatkowe rozpraszanie graniczne (b)
Uwięzienie kwantowe dla bardzo cienkich warstw (c)

Analizator cienkich warstw LINSEIS to doskonałe narzędzie do charakteryzowania szerokiej gamy próbek cienkich warstw w niezwykle wygodny i szybki sposób. Jest to łatwy w użyciu, samodzielny system, który zapewnia najwyższą jakość wyników przy użyciu zgłoszonego do opatentowania projektu pomiarowego.

Składniki TFA

Podstawowa konfiguracja składa się z chipa pomiarowego, na którym można łatwo umieścić próbkę oraz komory pomiarowej zapewniającej wymagane warunki środowiskowe. W zależności od zastosowania, konfiguracja może być wykorzystana ze wzmacniaczem Lock-In i/lub silnym magnesem elektrycznym. Pomiary są zwykle wykonywane w warunkach UHV, a temperatura próbek może być kontrolowana w zakresie od -170°C do 280°C podczas pomiaru za pomocą LN2 i mocnych grzejników.

Wstępnie ustrukturyzowane chipy pomiarowe

Chip łączy technikę pomiarową 3 Omega do pomiaru przewodności cieplnej z 4-punktową konfiguracją Van-der-Pauw do określania właściwości transportu elektrycznego.

Współczynnik Seebecka można zmierzyć za pomocą dodatkowych termometrów rezystancyjnych umieszczonych w pobliżu elektrod Van-der-Pauw. W celu łatwego przygotowania próbki można użyć maski foliowej lub metalowej maski cienia.

Ta konfiguracja pozwala na niemal jednoczesną charakterystykę próbki, która została przygotowana przez PVD (np. odparowanie termiczne, napylanie katodowe, MBE), CVD (np. ALD), powlekanie wirowe, odlewanie kroplowe lub drukowanie atramentowe w jednym kroku.

Szeroki zakres właściwości fizycznych w jednym przebiegu pomiarowym

Dużą zaletą tego systemu jest jednoczesne wyznaczanie szerokiego zakresu właściwości fizycznych w ramach jednej serii pomiarowej. Wszystkie pomiary są wykonywane w tym samym kierunku (w płaszczyźnie) i są bardzo porównywalne.

1. Pomiar Van-der-Pauwa

Do wyznaczenia przewodności elektrycznej (σ) i współczynnika Halla (AH) próbki stosuje się metodę Van-der-Pauw. Po umieszczeniu próbki na chipie jest ona już podłączona do czterech elektrod A, B, C i D na ich krawędzi.

Do pomiaru przykłada się prąd między dwoma stykami i mierzone jest odpowiednie napięcie między pozostałymi dwoma. Zmieniając styki zgodnie z ruchem wskazówek zegara i powtarzając procedurę, rezystywność próbki można obliczyć za pomocą równania Van-der-Pauw. Stosując pole magnetyczne i mierząc odpowiednią zmianę diagonalnej rezystancji Van-der-Pauwa, można obliczyć współczynnik Halla próbki.

2. Pomiar współczynnika Seebecka

W celu wyznaczenia współczynnika Seebecka na chipie w pobliżu próbki umieszcza się dodatkowy termometr i grzałkę. Ta konfiguracja pozwala na pomiar napięcia termoelektrycznego przy różnych gradientach temperatury, które można wykorzystać do obliczenia współczynnika Seebecka S=-Vth/∆T.

3. Pomiar przewodności cieplnej cienkowarstwowej

W celu określenia przewodności cieplnej w płaszczyźnie zastosowano oczekujący na patent układ membrany zawieszanej z gorącym paskiem. W tej konfiguracji bardzo mały przewód jest używany jako grzałka i czujnik temperatury w jednym. Interesująca próbka zostanie osadzona bezpośrednio na tej membranie. W celu przeprowadzenia pomiaru, do gorącego drutu przykładany jest prąd, który nagrzewa się w wyniku ogrzewania Joule’a. Ze względu na wzrost temperatury rezystywność drutu zmienia się i można ją łatwo zmierzyć.

Modułowa konstrukcja

Rozpoczynając od podstawowej konfiguracji do pomiaru przewodności cieplnej, system można łatwo rozbudować o zestaw termoelektryczny do pomiaru przewodności elektrycznej i współczynnika Seebecka lub o zestaw do rozbudowy magnetycznej do wykonywania pomiarów stałej Halla, mobilności i stężenia nośników ładunku.

Konfiguracje systemu

System podstawowy / pakiet termoelektryczny / pakiet magnetyczny / opcja chłodzenia

Dla analizatora cienkowarstwowego LINSEIS (TFA) dostępne są następujące opcje pakowania:

Urządzenie podstawowe (w tym pakiet przejściowy)

Składa się z komory pomiarowej, pompy próżniowej, podstawowego uchwytu próbki z dołączoną grzałką, zintegrowanego z systemem wzmacniacza typu lock-in do metody 3ω, komputera PC i pakietu oprogramowania LINSEIS wraz z oprogramowaniem do pomiarów i oceny. Projekt jest zoptymalizowany do pomiaru następujących właściwości fizycznych:

• λ – Przewodność cieplna
• cp – ciepło właściwe
• ε – Emisyjność (zależy od właściwości próbki)

Pakiet termoelektryczny

Składa się z rozszerzonej elektroniki pomiarowej (DC) i oprogramowania ewaluacyjnego do eksperymentów termoelektrycznych. Konstrukcja jest zoptymalizowana do pomiaru następujących parametrów:

• ρ – Oporność elektryczna / σ – Przewodność elektryczna
• S – współczynnik Seebecka

Pakiet magnetyczny

Dostępne są dwie różne konfiguracje opakowania magnetycznego. Albo ruchomy elektromagnes (EM) z zasilaczem, przełącznikiem polowym, obwodem bezpieczeństwa i chłodzeniem wodnym, albo konfiguracja ruchoma z dwoma magnesami trwałymi (PM). Elektromagnes pozwala użytkownikowi zastosować zmienne natężenie pola w zakresie +/- 1 Tesli prostopadle do próbki. Konfiguracja z magnesami trwałymi może być używana tylko do przykładania trzech zdefiniowanych punktów pola (+0,5 T, 0 T i -0,5 T) do próbki. Obie konstrukcje są zoptymalizowane do pomiaru następujących parametrów:

• AH – stała Halla
• μ – Mobilność (obliczenia w zależności od modelu)
• n – Stężenie nośnika ładunku (obliczanie w zależności od modelu)

Opcja niskiej temperatury do kontrolowanego chłodzenia

• Schłodzenie LN2 do 100 K
• Agregat chłodniczy sterowany TFA/KREG
• TFA/KRYO Dewar 25l

Specyfikacja

Główne cechy systemu

• Wysokiej jakości, łatwy w użyciu system charakteryzacji cienkich warstw (zakres od nm do µm).
• Pomiary zależne od temperatury (-170°C do +280°C).
• Łatwe przygotowanie i obsługa próbek.
• Urządzenie pomiarowe oparte na chipie ze wstępnie ustrukturyzowanymi chipami jako materiałami eksploatacyjnymi.
• Wysoka elastyczność pomiaru (grubość próbki, rezystywność próbki, metody osadzania).
• Wszystkie pomiary są wykonywane z tej samej próbki w jednym przebiegu.
• Możliwy jest pomiar półprzewodników, a także metali, ceramiki czy substancji organicznych.

*Specs depend on configuration

Oprogramowanie

Spraw, aby wartości były widoczne i porównywalne
Oprócz wykorzystywanego sprzętu, potężne oprogramowanie do analizy termicznej LINSEIS oparte na systemie Microsoft® Windows® pełni najważniejszą funkcję w przygotowywaniu, przeprowadzaniu i ocenie eksperymentów termoanalitycznych. Dzięki temu pakietowi oprogramowania Linseis oferuje kompleksowe rozwiązanie do programowania wszystkich ustawień specyficznych dla urządzenia i funkcji sterowania, a także do przechowywania i oceny danych.

Pakiet oprogramowania TFA składa się z 2 modułów: programu pomiarowego do akwizycji danych oraz oprogramowania ewaluacyjnego z predefiniowanymi wtyczkami do ewaluacji danych. Oprogramowanie Linseis posiada wszystkie niezbędne funkcje do przygotowania, wykonania i oceny pomiarów.

• W pełni kompatybilne oprogramowanie MS® Windows™
• Bezpieczeństwo danych w przypadku awarii zasilania
• Automatyczna kontrola styków próbki
• Zabezpieczenie przed pęknięciem termopary
• Ocena pomiaru prądu
• Porównanie krzywych
• Przechowywanie i eksport ocen
• Eksport i import danych ASCII
• Eksport danych do MS Excel
• Łatwy eksport (CTRL C)
• Baza danych do archiwizacji wszystkich pomiarów i ocen
• Menu pomocy online
• Ocena krzywej statystycznej
• Opcja powiększenia do analizy krzywej
• Zintegrowane wtyczki ewaluacyjne
• W celu porównania można załadować dowolną liczbę krzywych
• Oprogramowanie pomiarowe

Oprogramowanie pomiarowe

• Łatwe i przyjazne dla użytkownika wprowadzanie danych dla segmentów temperatury i zadań pomiarowych.
• Oprogramowanie automatycznie wyświetla rzeczywiste zmierzone nieprzetworzone dane
• W pełni zautomatyzowany pomiar

Oprogramowanie do oceny

• Predefiniowane wtyczki ewaluacyjne (zgodnie z opublikowanymi modelami)
• Alternatywnie: bezpośredni dostęp do surowych danych
• Bezpośrednia ocena zmierzonych danych do obliczeń
• Przewodność cieplna
• Ciepło właściwe
• Oporność / przewodnictwo
• Współczynnik Seebecka
• Łatwe kreślenie danych i eksport danych

Zastosowania