薄膜技術應用｜多層膜／微尺寸膜系統之熱分析與熱物性量測
薄膜材料被廣泛應用於相變記憶體、光碟媒體、熱電材料、發光二極體（LED）、燃料電池、平板顯示器及半導體產業整體。 相較於大體材料，薄膜因厚度極薄且界面／表面散射影響顯著，其熱傳導與電傳導特性往往顯著下降。 本公司透過專業量測平台，提供薄膜材料厚度與溫度依賴特性量測，協助研發、製程與品質控管。
薄膜技術為何需要熱分析與熱物性量測？
薄膜樣品—無論是單層或多層系統—因高厚寬比與沉積製程（如 PVD、CVD 等）導致額外的邊界與表面散射現象，使得熱與電傳導性能明顯下降。:contentReference[oaicite:1]{index=1} 因此必須取得其溫度及厚度依賴之物性參數，才能在設計與模擬中精確使用。
- 厚度依賴效應：例如 20 nm 矽薄膜室溫熱導率可能為單晶矽的五分之一。
- 界面／表面散射：薄膜中載熱子（phonons）與載流子（electrons）受邊界散射顯著，造成傳導下降。
- 異向性熱傳行為：薄膜的面內與穿透方向熱導率可能不同，必須分別量測。
- 材料與製程影響：沉積方法、晶粒大小、缺陷濃度皆對薄膜物性具重大影響。
- 匹配模擬與實務：設計 MEMS、感測元件、熱電裝置與高頻電子封裝時，需用到薄膜的真實物性參數。
應用案例一：薄膜熱導率與熱擴散率量測（TF-LFA）
在薄膜技術應用中，透過雷射閃射分析法 (LFA) 可量測薄膜層的熱擴散率，再結合密度與比熱推算熱導率。由於厚度極薄與表面散射顯著，薄膜熱導率往往遠低於其塊材對應值。
量測與解析重點：
- 多層樣品建模：區分基材、薄膜與覆蓋層的熱傳影響。
- 溫度依賴性：取得不同溫度下熱擴散率變化曲線，利於模擬產生熱梯度與熱應力。
- 厚度依賴：比較不同薄膜厚度之熱物性變化，以偵測散射效應與缺陷影響。
此量測結果對於 MEMS 裝置、相變記憶體薄膜、熱電薄膜與高功率電子元件的散熱設計有高度參考價值。
應用案例二：薄膜電輸運特性與熱電效應量測（Van-der-Pauw／Seebeck／電導率）
薄膜技術常用於熱電材料、感測元件與光電應用。除了熱導率以外，其電輸運特性（如電導率、Seebeck 係數）亦為性能關鍵。透過 Chip-based 量測平台，可同時對薄膜進行電、熱雙通道量測。
量測與解析重點：
- 四探針 Van-der-Pauw 量測架構：高準確度獲得薄膜電阻率與載流子濃度。
- Seebeck 係數量測：評估材料在溫度梯度下產生的熱電壓，用於熱電裝置設計。
- 薄膜專用樣品支援：適用於極薄 (<100 nm) 量測，並考慮界面、晶粒、製程變異影響。
此類量測適用於研究熱電薄膜、OLED 封裝薄膜、MEMS 感測薄膜與其他微電子薄膜系統。
薄膜技術常用熱分析與熱物性量測技術一覽
- 雷射閃射分析（TF LFA）：量測薄膜及多層結構的熱擴散率與熱導率。
- TFA（Van-der-Pauw, Seebeck）：用於熱電薄膜與感測薄膜的載子濃度／熱電性能分析。
- 熱機械分析／膨脹量測（TMA / DIL）：量測薄膜–基材系統的膨脹、應力釋放與尺寸穩定性。
- 多層樣品建模與厚度依賴分析：針對薄膜厚度對熱／電性能影響進行系統性探討。
- 比熱容量測定（Cp）：為薄膜熱設計與模擬提供熱力學基礎資料。
我們可依薄膜材料類型（如相變薄膜、熱電薄膜、導熱薄膜、顯示器薄膜、微電子用膜）與製程條件（CVD、ALD、PVD、印刷製程等），協助規劃最適合的量測技術與實驗流程，並提供試測與技術說明服務，支援研發、生產與可靠度評估。
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郭文龍｜FST International｜Email: Allen.kuo@fstintl.com.tw