TFA 薄膜分析儀：奈米至微米薄膜的熱電與熱傳物性分析系統
薄膜材料的物理特性與大塊材料截然不同，因其尺寸極小、結構高縱橫比，表面效應在熱傳與電性上扮演更重要的角色。 在奈米至微米尺度中，以下效應將明顯影響薄膜物性：
- 表面散射效應增強（a）
- 邊界散射顯著（b）
- 極薄層中的量子限制效應（c）
LINSEIS 薄膜分析儀（TFA）專為此類高靈敏度薄膜特性研究而打造，提供舒適、快速且高度精準的量測方式。 系統採用正在申請專利之測量設計，可於一次量測中同時取得薄膜熱傳與電性等多項物理特性。
TFA 系統組成與測量架構
基本系統包含可快速放置樣品的量測晶片，以及提供環境控制的量測腔體。依應用需求，可搭配鎖相放大器與強電磁體模組。 大多數量測於 UHV 條件下進行，並可透過 LN2 與加熱器將樣品溫度控制於 -170°C 至 280°C。
預結構量測晶片（Pre-structured Chip）
每顆晶片整合多項量測功能，包括：
- 3ω 技術用 3 Ω 熱導率量測線
- 四點 Van-der-Pauw 電性量測結構
- 附加式熱電偶用於塞貝克係數測試
晶片適用於以 PVD（蒸鍍、濺鍍、MBE）、CVD（含 ALD）、旋塗、滴鑄、噴墨等技術沉積於晶片上的薄膜。 一旦樣品沉積完成，即可於同一平台內完整量測熱導率、電導率與熱電參數。
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一次量測即可獲得多項薄膜物性參數
所有量測均沿相同面內方向（In-plane），確保高度可比性。
- 1. Van-der-Pauw 測量（σ、AH）
使用四點電極 A/B/C/D，透過電流–電壓交替量測取得電阻率與電導率 σ。 在施加磁場下可進一步測得霍爾係數 AH。 - 2. 塞貝克係數 S 測量
晶片上具有局部加熱器與溫度感測元件，可量測不同溫差下的熱電壓 Vth， 並計算 S = –Vth / ΔT。 - 3. 薄膜熱導率量測（3ω 量測）
利用懸浮式熱條紋結構，以同一線材進行加熱與溫度偵測。 由電阻率變化與已知幾何參數反算面內熱導率 λ，並可依樣品進一步求得比熱與發射率。
＊薄膜厚度 × 熱導率 ≥ 2×10−7 W/K 時可得到最佳量測品質。 - 4. 模組化擴充能力
基本系統可升級為：- 熱電模組：測量 σ、ρ、S
- 磁性模組：測量霍爾常數、載流子濃度、遷移率
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TFA 套件選項
基本設備（含瞬態套件）
包含量測腔體、真空泵、加熱樣品架、3ω 專用鎖相放大器、PC 與 LINSEIS 軟體。 可量測：
- 熱導率 λ
- 比熱 cp
- 發射率 ε（視材料而定）
熱電組合
含直流電性量測與熱電分析軟體，可測：
- 電阻率 ρ / 電導率 σ
- 塞貝克係數 S
磁性組合（電磁鐵 / 永磁體）
選配 1 T 電磁鐵或 ±0.5 T 永磁體，可量測：
- AH – 霍爾常數
- μ – 遷移率（依模型計算）
- n – 電荷載流子濃度（依模型計算）
低溫冷卻選項
- LN2 冷卻至 100 K
- TFA/KREG 控制式冷卻模組
- TFA/KRYO 25 L 杜瓦瓶
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技術規格
- 溫度範圍：室溫~280°C；低溫 –170°C 可選
- 樣品厚度：5 nm – 25 µm
- 量測方式：預製量測晶片（24 入/盒）
- 適用沉積技術：PVD、ALD、CVD、旋塗、噴墨印刷等
- 真空度：可至 10−5 mbar
- 導熱係數量測範圍：0.05 – 200 W/m·K
- 電阻率量測範圍：0.05 – 1×106 S/cm
- 塞貝克係數量測範圍：5 – 2500 μV/K
- 重複性：
- 導熱 ±7%
- 電阻率 ±3%
- 塞貝克係數 ±5%
- 準確度：
- 導熱 ±10%
- 電阻率 ±6%
- 塞貝克係數 ±7%
- 介面：USB
＊規格依配置與模組選項而不同