TFA – 薄膜熱傳導分析儀
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TFA – 薄膜熱傳導分析儀
 
薄膜的物理特性不同於大塊材料,因為由於更小尺寸和高縱橫比,表面效應更會強得多!
  • 增加表面散射的影響 (a)
  • 附加邊界散射 (b)
  • 非常薄層的量子限制 (c)

LINSEIS 薄膜分析儀是以極其舒適和快速的方式表徵各種薄膜樣品的完美工具。它是一個易於使用的獨立系統,並使用正在申請專利的測量設計提供最高質量的結果。
 
  • TFA 的組成部分
基本設置包括一個可以輕鬆放置樣品的測量芯片,以及提供所需環境條件的測量室。根據應用,該設置可以與鎖定放大器和/或強電磁體一起使用。測量通常在 UHV 下進行,在測量過程中使用 LN 2和強力加熱器可以將樣品溫度控制在 -170°C 到 280°C 之間。
 
預結構測量芯片
該芯片將用於熱導率測量的3 Ω 測量技術與用於確定電傳輸特性的4 點范德堡設置相結合
塞貝克係數可使用位於範-DER-Pauw的電極附近附加電阻溫度計進行測量。為了簡單的樣品製備,可以使用剝離箔掩模或金屬陰影掩模。
這種配置允許對通過 PVD(例如熱蒸發、濺射、MBE)、CVD(例如 ALD)、旋塗、滴鑄或噴墨印刷在一個步驟中製備的樣品進行幾乎同時的表徵。
 

 
 
在一次測量中獲得廣泛的物理特性
該系統的一大優勢是在一次測量運行中同時測定範圍廣泛的物理特性。所有測量均在相同(平面內)方向上進行,並且非常具有可比性。
 
1. Van-der-Pauw 測量
為了確定樣品的電導率 (σ) 和霍爾係數 (A H ),使用了Van-der-Pauw 方法。將樣品沉積在芯片上後,它已經在邊緣連接到四個電極 A、B、C 和 D。為了進行測量,在兩個觸點之間施加電流,並測量其餘兩個觸點之間的相應電壓。通過順時針改變觸點並重複該過程,可以使用范德堡方程計算樣品的電阻率。通過施加磁場並測量對角范德堡電阻的相應變化,可以計算出樣品的霍爾係數。

2. 塞貝克係數測量
為了測定塞貝克係數,在靠近樣品的芯片上放置了一個額外的溫度計和加熱器。這種配置允許測量不同溫度梯度下的熱電壓,可用於計算塞貝克係數 S=-V th /∆T。

3. 薄膜熱導率測量
為了確定面內熱導率,使用了正在申請專利的熱條紋懸浮膜裝置。在此設置中,一根非常小的電線用作加熱器和溫度傳感器。感興趣的樣品將直接沉積在該膜上。因此,為了進行測量,將電流施加到由於焦耳加熱而被加熱的熱線。由於溫度升高,導線的電阻率會發生變化並且可以很容易地測量。
從這個電阻率變化和設置的精確幾何形狀的知識,可以計算回樣品的熱導率。根據樣品,還可以測量發射率和比熱。為了獲得高質量的結果,樣品厚度乘以樣品熱導率應等於或大於 2 x 10 -7 W/K。

4. 模塊化設計
從測量熱導率的基本設置開始,系統可以輕鬆升級為熱電套件以測量電導率和塞貝克係數,或使用磁性升級套件進行霍爾常數、遷移率和電荷載流子濃度測量
 
 
LINSEIS 薄膜分析儀 (TFA) 提供以下包裝選項:
  1. 基本設備(包括瞬態包)
    包括測量室、真空泵、帶加熱器的基本樣品架、用於 3ω 方法的系統集成鎖定放大器、PC 和 LINSEIS 軟件包,包括測量和評估軟件。該設計經過優化以測量以下物理特性:
  • λ – 熱導率
  • p  – 比熱
  • ε – 發射率(取決於樣品特性)
 
  1. 熱電組合
    由擴展測量電子 (DC) 和用於熱電實驗的評估軟件組成。該設計針對測量以下參數進行了優化:
  • ρ – 電阻率 / σ –​​ 電導率
  • S – 塞貝克係數
 
  1. 磁性組合有
    兩種不同的配置。帶有電源、磁場開關、安全電路和水冷的可移動電磁鐵 (EM) 或帶有兩個永磁體 (PM) 的可移動配置。電磁鐵允許用戶在垂直於樣品的 +/- 1 特斯拉之間施加可變場強。永磁體設置只能用於對樣品施加三個定義的場點(+0.5 T、0T 和 -0.5T)。兩種設計都針對測量以下參數進行了優化:
  • H  – 霍爾常數
  • μ  – 流動性(根據型號計算)
  • n – 電荷載流子濃度(根據型號計算)
  1. 用於受控冷卻的低溫選項
  • LN 2冷卻至 100 K
  • TFA/KREG 控製冷卻裝置
  • TFA/KRYO 杜瓦瓶 25 升
 
 
規格

主要係統特點
  • 高質量、易於使用的薄膜表徵系統(納米到微米範圍)。
  • 溫度相關測量(-170°C 至 +280°C)。
  • 簡單的樣品製備和處理。
  • 基於芯片的測量設備,將預製芯片作為消耗品。
  • 高測量靈活性(樣品厚度、樣品電阻率、沉積方法)。
  • 所有測量均在一次運行中取自同一樣品。
  • 可以測量半導體以及金屬、陶瓷或有機物。
 
型號 TFA – 薄膜分析儀*
溫度範圍:  室溫高達 280°C
-170°C 高達 280°C
樣品厚度: 從 5 nm 到 25 µm(範圍取決於樣品)
測量原理: 基於芯片(預先構建的測量芯片,每盒 24 個)
沉積技術: 包括:PVD(濺射、蒸發)、ALD、旋塗、噴墨印刷等
實測參數: 導熱係數 (3 Ω)
比熱
可選的: 電導率/電阻率
塞貝克係數
霍爾常數/遷移率/電荷載流子濃度。
高達 1 T 的電磁鐵或高達 0.5 T 的永磁鐵
真空: 高達 10 -5毫巴
電子產品: 融合的
界面: USB
測量範圍  
導熱係數: 0.05 至 200 W/m∙K
電阻率: 0.05 至 1∙10 6 S/cm
塞貝克係數: 5 高達 2500 μV/K
重複性  
導熱係數: ± 7%(對於大多數材料)
電阻率: ± 3%(對於大多數材料)
塞貝克係數: ± 5%(對於大多數材料)
準確性  
導熱係數: ± 10%(對於大多數材料)
電阻率: ± 6%(對於大多數材料)
塞貝克係數: ± 7%(對於大多數材料)
*規格取決於配置
 
 
YouTube 連結:
https://youtu.be/aPKSjnxhB5c
 
 
 
 
 
 
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