Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

De frequentiedomein-thermoreflectantietechniek voor thermische eigenschapsmetingen

2K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/68908

⸱

5 december 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Theoretical and Applied Mechanics, Northwestern University, 2Department of Mechanical Engineering, Northwestern University, 3Institute of Engineering Innovation, The University of Tokyo, 4Department of Physics, Wellsley College, 5Department of Chemical Engineering and Materials Science, Michigan State University, 6Department of Mechanical Engineering, The University of Tokyo, 7Department of Materials Science and Engineering, Northwestern University

In dit artikel

Samenvatting

Dit artikel presenteert de Frequency Domain Thermoreflectance (FDTR) techniek voor lokale niet-destructieve thermische karakterisering en beeldvorming.

Samenvatting

De frequentiedomein thermoreflectantie (FDTR) techniek is een niet-destructieve methode voor thermische karakterisering en beeldvorming met microschaal ruimtelijke resolutie. De techniek maakt gebruik van een pomplaser om een gemoduleerde temperatuurverandering in een monster te genereren en een probelaser om de lokale thermische respons van het monster te monitoren. De thermische eigenschappen van het monster worden bepaald door een thermisch model te passen op de thermoreflectantierespons van het monster. Dit artikel presenteert gedetailleerde protocollen voor het implementeren van de techniek en het uitvoeren van lokale metingen van de lokale thermische geleidbaarheid van een substraat. Speciale aandacht wordt besteed aan het bespreken van hoe de meting wordt beïnvloed door de parameters van de laserbron, foutbronnen in een FDTR-meting en het kwantificeren van de meetonzekerheid. Tot slot bespreken we een thermisch geleidingsbeeldvormingsexperiment dat werd uitgevoerd nabij een enkele verticale interface tussen twee oppervlakgeactiveerde enkelkristal siliciumsubstraten. De thermische geleidbaarheid aan het grensvlak wordt met 3% onderdrukt ten opzichte van de bulkwaarde in de aangrenzende enkele kristallen. Het vermogen om interface-thermische eigenschappen met de FDTR-techniek te onderzoeken, kan lokale studies van warmtestroom rond individuele korrelgrenzen vergemakkelijken, met name in thermo-elektrische materialen, waar deze kunnen worden afgestemd om de prestaties van thermo-elektrische apparaten te optimaliseren.

Inleiding

Thermische metrologie en karakteriseringsinstrumenten zijn cruciaal voor het ontwerp en de optimalisatie van geavanceerde materialen die bijvoorbeeld worden gebruikt in thermo-elektrische generatoren en koeltoepassingen 1,2. Materialen met een lage thermische geleidbaarheid en hoge elektrische geleidbaarheid worden over het algemeen in deze toepassingen verkozen om een grote temperatuurgradiënt tussen warme en koude verbindingen te behouden en voor een efficiënte omzetting van thermisch naar elektrisch energie. Het realiseren van deze uiteenlopende eigenschappen in bulk kristallijne materialen is een uitdaging. Microstructuurengineering door de introductie van punt- en interfacedefecten (zoals korrelgrenzen) is echter een veelbelovende richting om hoogwaardige thermo-elektrische materialente ontwerpen. De meerderheid van de door korrelgrenzen (GB) gecontroleerde thermische geleidingsstudies richt zich voornamelijk op de korrelgrootte als de fundamentele structurele eigenschap van belang 2,3,4,5, omdat ze niet de ruimtelijke resolutie hebben om de lokale thermische omgeving van een GB te onderzoeken. Thermische metrologie op micro- en nanoschaal kan lokale informatie leveren over hoe warmte nabij individuele GB's stroomt. Zo toonden recente microschaal thermische beeldvormingsmetingen door Isotta et al.6,7 aan dat de bulk thermische geleidbaarheid (κ) lokaal wordt onderdrukt nabij individuele GB's in polykristallijn tin, telluride (SnTe) en silicium. De waargenomen κ-onderdrukking was gecorreleerd met verschillende GB-eigenschappen, waaronder de misoriëntatiehoek, ruwheid van het GB-vlak, nanotwinningdichtheid en porositeit. Dit soort metingen kan het afstemmen van het volume κ vergemakkelijken door lokale informatie te verstrekken over de microstructuur-κ-relatie. Naarmate de interesse in de lokale effecten van defecten op κ blijft groeien, zullen zowel computationele8- als experimentele 9,10-benaderingen die inzicht bieden in deze bijdragen steeds relevanter worden.

Optische thermoreflectantiemethoden 11,12,13,14,15 worden veel gebruikt voor niet-destructieve thermische metrologie van bulkvaste stoffen, dunne film superroosters en interfaces. De methoden gebruiken ultrasnelle of intensiteitsgemoduleerde lasers om een monster lokaal te verwarmen en hun thermische respons te onderzoeken met een hoge frequentie- of temporele resolutievan 16, waardoor ze ideaal zijn voor het karakteriseren van thermofysische eigenschappen. Thermoreflectantietechnieken, waaronder tijddomeinthermoreflectantie (TDTR)13,16 en frequentiedomeinthermoreflectantie (FDTR)17,18, zijn de meest gebruikte hoogresolutie thermische metrologiemethoden. FDTR gebruikt een gefocuste, intensiteitsmoduleerde pomplaser om een lokale periodieke warmtebron in het monster te genereren. De resulterende temperatuurverandering van het monster wordt omgezet in een modulatiefrequentie-afhankelijk thermoreflectantiesignaal dat wordt opgenomen met een lock-in versterker. Om de meting te vergemakkelijken, wordt een dunne transducerlaag met een hoge thermoreflectantiecoëfficiënt19 bij de golflengte van de probe-laser op het monster aangebracht. De TDTR-techniek daarentegen maakt gebruik van ultrasnelle pomp- en probelasers, en het transiënte thermoreflectantiesignaal van de transducerlaag wordt gemonitord met verschillende tijdsvertragingen tussen de pomp- en probelasers, met picoseconde-tijdresolutie.

Thermoreflectantietechnieken bieden microschaal laterale ruimtelijke resolutie om thermofysische eigenschappen te onderzoeken, en de metingen kunnen worden geconfigureerd om zowel isotrope als anisotrope κ van materialen te karakteriseren. Onlangs gebruikten Sood et al.10 de TDTR-techniek om lokale κ-inhomogeniteiten in boor-gedopeerde polykristallijne diamant in kaart te brengen die gecorreleerd waren met elektron-backscatter diffractiebeeldvorming. In hun metingen hadden de gebieden in het monster met kleine korrels een lagere κ vergeleken met de bulkwaarde. Hun metingen toonden echter niet aan of de κ-onderdrukking te wijten was aan de kleine korrelgroottes of aan resistieve GB's. Na dit werk toonden Isotta et al. aan dat de lokale κ-onderdrukking rond individuele GB's, waargenomen in microschaal FDTR-kaarten van SnTe, een thermo-elektrisch materiaal bij middentemperatuur, direct gecorreleerd is met de GB-misoriëntatiehoek6, die tot nu toe theoretisch slechts voorspeld is van 20,21,22,23 of zelden gemeten in gefabriceerde GB's 24. In vergelijking met de TDTR-benadering van Sood et al. is FDTR goedkoper en maakt het het mogelijk om meerdere eigenschappen te meten, zoals het substraat κ en constante druk warmtecapaciteit (C), en de thermische geleidbaarheid van het film-substraatinterface, in één meting die een breed frequentiebereik25 overslaat. Tweedimensionale thermoreflectantiefasekaarten die worden verkregen bij meerdere pomplasermodulatiefrequenties met de hoogste gevoeligheid voor de thermische eigenschappen van het monster, worden omgezet in een κ-beeld.

De thermoreflectantiefase vertegenwoordigt de faseverschuiving tussen de periodieke temperatuuroscillaties aan het oppervlak van een transducerlaag en de gemoduleerde warmtebron die door de geabsorbeerde pomplaser wordt geproduceerd. In een standaard FDTR-benadering worden de pomp- en probelasers op hetzelfde punt op het monsteroppervlak gefocust, en wordt de thermoreflectiefase op dat punt gemeten met een lock-in versterker bij verschillende pomplasermodulatiefrequenties. Een gelaagd warmtegeleidingsmodel wordt op de gemeten gegevens aangepast om de thermische eigenschappen van het monster te bepalen (d.w.z. κ, C en de transducer-monster interface-geleidbaarheid)14. Variaties van de standaard FDTR-benadering maken een verbeterde gevoeligheid van de gemeten thermoreflectantiefase voor de anisotrope κ van het monster mogelijk. Deze omvatten het gebruik van (i) ruimtelijk verschoven pomp- en probelasers26, (ii) elliptische27- of lijn28-vormige pomplaser-gegenereerde warmtebronnen, en (iii) FDTR-metingen met variabele pomplaserspotgroottes29. Naast thermische karakterisering van bulkeigenschappen kan de FDTR-techniek worden gebruikt om interface-thermische eigenschappen 30,31,32,33,33,34,35 te karakteriseren, aangezien de thermische penetratiediepte van de warmtebron, gedefinieerd als bepaaldfigure-introduction-1, afhangt van de pomplasermodulatiefrequentie (f). De grensvlak veroorzaakt thermische weerstand door de transmissie en reflectie van warmtedragers (d.w.z. elektronen en fononen)36. De weerstand wordt in FDTR-experimenten gekarakteriseerd aan de hand van een thermische geleidbaarheid van het grensvlak. FDTR-metingen van de thermische geleidbaarheid van zelfgeassembleerde monolagen33,35, metaal-substraat interfaces37,38 en dunne interfacelaags39 zijn in de literatuur gerapporteerd. Ten slotte is onlangs aangetoond dat FDTR-metingen met dunne magnetische transducerfilms de karakterisering van anisotrope κ van tweedimensionale materialen40 mogelijk maken.

Dit artikel geeft een gedetailleerde beschrijving van de procedures die betrokken zijn bij een FDTR-meting waarbij coaxiale pomp- en sondelasers op het oppervlak van de transducer worden gebruikt. Representatieve metingen van lokaal κ van een bulk siliciumsubstraat worden gegeven en de meetonzekerheden worden gekwantificeerd. Tot slot geven we een eenvoudig voorbeeld dat de FDTR-beeldvorming illustreert van de lokale κ nabij een enkele verticale interface tussen twee (100) enkelkristal siliciumsubstraten die gebonden zijn door oppervlakte-geactiveerde binding (SAB).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. FDTR-systeemopstelling

OPMERKING: Een schematisch diagram van de experimentele opstelling is weergegeven in Figuur 1, en de bijbehorende commercieel verkrijgbare componenten staan vermeld in de Materiaaltabel. De volgende stappen beschrijven de installatie van de pomp- en probelasers, evenals het signaalopvangsysteem.

  1. Begin met het installeren van een elektro-absorberende intensiteit gemoduleerde diodelaser (EML) met een lage stroomlengte (1 mW) van 1550 nm. Installeer de EML op een butterfly laser diode mount die is geïntegreerd met een laser diode stroom- en temperatuurcontroller (LDC). Zorg voor een goed thermisch contact tussen de EML en de vlinderhouder door gebruik te maken van een thermisch geleidende pasta (bijvoorbeeld zilverpasta), zodat de thermo-elektrische koeler (TEC) in de EML de temperatuur van de diodelaser effectief kan handhaven. Stel de juiste laserdiodestroom in de LDC in om het uitgangsvermogen van de EML te regelen. Zet de TEC-controller in de LDC aan en laat tot 10 minuten de EML-temperatuur stabiliseren op de juiste waarde voordat je de stroomvoorziening van de LDC-diode naar de EML inschakelt.
    OPMERKING: Dit is de pomplaser. De golflengte van 1550 nm wordt sterk geabsorbeerd door de goudtransducer.
  2. Om de intensiteit van de diodelaser te moduleren, stuur je de EML aan met een spanningsgebiaseerd sinusvormige radiofrequentie (RF) signaal, met frequenties tussen 100 kHz en 80 MHz. Splits de uitgangsspanning van de RF-signaalgenerator en stuur de helft van het signaal naar de referentiepoort van een lock-in versterker. Stuur de andere helft van het signaal naar een bias-tee samen met een aparte biasspanning, en verbind de uitgang van de bias-Tee met de EML.
    OPMERKING: Het gebruik van een bias-Tee kan optioneel zijn, afhankelijk van de specificaties van de diodelaser; het primaire doel van deze opstelling is het moduleren van de uitgangsintensiteit van de EML.
  3. Om de uitgang van de EML te versterken, voed je de glasvezeluitgang van de EML naar een 5 W vezelgefibreerde erbium-gedopeerde vezelversterker (EDFA). De uitgang van de EDFA is de pomplaser voor de FDTR-opstelling. Regelen de pomplaserkracht van de EDFA om de gewenste intensiteit aan het monsteroppervlak te bereiken.
  4. Collimeer het uitvoerende licht van de EDFA-vezel met een geschikte lens. Om terugreflecties van verschillende vrije-ruimte optiek in de FDTR-opstelling in de EDFA te voorkomen, richt je het doorgelaten licht van de collimator in een Faraday optische isolator.
  5. Leid de uitgangsbundel van de isolator naar het monsteroppervlak via een 4-f optisch beeldvormingssysteem, bestaande uit een Gimbal-scanspiegel, twee relaislenzen en een microscoopobjectief. Aangezien de golflengte van de pomplaser zich in het infrarode gebied van het elektromagnetisch spectrum bevindt en de laser dus niet zichtbaar is, gebruik een fluorescerende kaart om de pomplaser uit te lijnen via het 4-f beeldvormingssysteem en collineair met de probelaser langs de optische as van de microbench.
    OPMERKING: Het 4-f-beeldsysteem beeldt het midden van de scanspiegel in beeld naar het achterste diafragma van het objectief. Dit maakt het mogelijk om de gefocuste pomplaser die door het microscoopobjectief op het monsteroppervlak wordt doorgezonden te scannen, door de inlaathoek van het licht in de achteropening van het objectief te veranderen zonder de ingangsstraal op de microscoopopening te vertalen.
  6. Vervolgens monteer je de probelaser, een frequentieverdubbelde neodymium-gedopeerde yttrium aluminium granaat (Nd-YAG) continu-golf diodelaser, op een passief gekoelde bevestiging. Het maximale vermogen en de golflengte van de probe zijn respectievelijk 50 mW en 532 nm. Richt de probediodelaser, vergelijkbaar met de pomplaser, via een Faraday optische isolator. Gebruik ook een twee-lens systeem om de grootte van de gecollimeerde bundel van de laser die uit de isolator komt aan te passen.
  7. Plaats een halfgolfplaat in het bundelpad van de probelaser, gevolgd door een polarisatie-bundelsplitter (PBS); Deze configuratie dient als een variabele demper, waarmee de gebruiker het optische vermogen dat aan het monster wordt geleverd kan regelen. Leid de uitgang van de variabele demper door een kwartgolfplaat voordat het licht het microscoopobjectief bereikt. Draai de snelas van deze kwartgolfplaat met 45 graden ten opzichte van de polarisatierichting van de sondelaser, die de polarisatie van het licht effectief met 90 graden laat draaien tijdens twee passes door de optiek.
    OPMERKING: Dit zorgt ervoor dat het gereflecteerde sondellicht van het monsteroppervlak wordt omgeleid naar een hogesnelheidsfotodetector en niet terug naar de diodelaser.
  8. Breng de probelaser coaxiaal met de pomplaser naar het midden van het microscoopobjectief. Lijn de pomp- en probelasers uit langs de optische as van een micro-bench opstelling om ervoor te zorgen dat de twee bundels coaxiaal blijven door het objectief gaan.
    OPMERKING: Een juiste uitlijning is cruciaal om ervoor te zorgen dat de pomp- en probelasers langs de optische as van de microbench blijven en collineair tussen de brandvlakken van de pomp en de probelasers.

figure-protocol-1
Figuur 1: Schema van de FDTR-experimentele opstelling.Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

  1. Om het thermoreflectiesignaal dat door de probelaser aan de fotodetector wordt geleverd te lezen, voer je de uitgang van de fotodetector naar een lock-in versterker. Zorg ervoor dat de frequentierespons van de fotodetector en lock-in versterker het mogelijk maakt om gemoduleerde signalen te meten op de pomplasermodulatiefrequentie.
  2. Noteer de kracht van de pomplasers op de monsterlocatie. Plaats een vermogensmeter onder het microscoopobjectief en meet het vermogensniveau van de pomplaser terwijl de probe-laser wordt geblokkeerd.
  3. Om het monsteroppervlak te fotograferen, richt je het gereflecteerde licht van het monster via een buislens naar een CCD-camera, waar het beeld van het monsteroppervlak wordt gevormd. Plaats een verwijderbare dichroïsche (koude) spiegel tussen de microscoop en de buislens om het gereflecteerde licht van het monsteroppervlak naar de CCD-camera te leiden.
    OPMERKING: De koude spiegel moet worden verwijderd bij metingen - hij wordt alleen gebruikt bij het observeren van het monsteroppervlak met de CCD-camera. De volgende stappen vereisen inzicht in het signaalanalyseproces. De fase van de gemoduleerde thermoreflectantie, wat de intensiteit van de monsteroppervlakte-oppervlaktetemperatuur van de probelaser is, is het kritische signaal van belang in een FDTR-meting. De lock-in versterker registreert de amplitude en fase van het thermoreflectantiesignaal. Andere ongewenste signaalbronnen worden echter gemengd met de thermoreflectantiefase. Specifiek omvat het fasesignaal ((φmonster)) een combinatie van de thermoreflectiefase van het monster (φTR), de faseverschuiving die samenhangt met de optische padafstand (OPD) die door de probelaser van het monsteroppervlak naar de fotodetector (φOPD) wordt afgelegd, en extra faseruisbijdragen die voortkomen uit de detectie-elektronica (φruis)). Om de OPD- en ruisbijdragen aan de gedetecteerde fase te elimineren, moet men een secundair bundelpad als referentie implementeren dat, wanneer gedetecteerd, zowel φOPD als φruis bevat, maar niet φTR. Op deze manier kan de thermoreflectantiefase worden afgeleid uit het probesignaal (φmonster) door de referentiefase af te trekken: φTR = φmonster - φref. Dit concept wordt geïllustreerd in Figuur 2A, waar zowel φsample als φref worden gemeten ten opzichte van het RF-signaal dat door de RF-signaalgenerator aan de lock-in versterker wordt geleverd. Een voorbeeld van deze faseaftrekstap met reële fasegegevens is te vinden in Figuur 2B. Bij het bouwen van het referentiestraalpad moet men drie kritieke stappen verwerken: (1) de afstand van het optische pad afstemmen op de afstand die de probelaser van het monsteroppervlak tot de fotodetector aflegt, (2) de referentiestraal detecteren met dezelfde fotodetector als het monstersignaal, en (3) de referentiebundelintensiteit moduleren met hetzelfde RF-signaal dat de pomplaser moduleert. We merken op dat de fotodetector niet reageert op de golflengte van de pomplaser en dat de gereflecteerde pompstraal niet de zichtbare fotodetector bereikt. Als zodanig beïnvloedt het gereflecteerde pomplicht van het monsteroppervlak de thermoreflectiefase niet.

figure-protocol-2
Figuur 2: De thermoreflectantiefase berekend door de referentiesignaalfase af te trekken van de probesignaalfase. Deze faseverschuivingen worden conceptueel weergegeven in (A), en een voorbeeld met meetgegevens van reële punten wordt getoond in (B). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

  1. Splits een deel van de pompstraal af om de referentiestraal te genereren, waarmee aan de vereiste wordt voldaan (3). Raadpleeg de bovenstaande OPMERKING. Doe dit door een halve golfplaat en PBS als variabele demper (volgens dezelfde procedure als beschreven in stap 1.6) in het bundelpad te installeren, waarbij het licht dat de PBS weerkaatst als referentiestraal wordt gebruikt.
  2. Aangezien de pomplaser (1550 nm) niet kan worden gedetecteerd door de zichtbare-lichtdetector die de probelaser detecteert (532 nm), laat de referentiestraal vervolgens door een periodiek gepoleerde lithiumniobaat (PPLN) tweede harmonische generatie (SHG) kristal lopen om een 775 nm bundel te produceren. Dit voldoet aan vereiste (2).
  3. Bouw het optische pad van de PPLN-kristaluitgang (het punt van 775 nm golfgeneratie) naar de fotodetector zo dat het dezelfde lengte heeft als de optische padafstand die door de probelaser tussen het monsteroppervlak en de fotodetector wordt afgelegd. Installeer een optische vertragingslijn in het optische pad van de probebundel om de OPD van de gereflecteerde probe (532 nm) laser nauwkeurig te regelen ten opzichte van de referentielaser (775 nm). Gebruik een kalibratiemonster, zoals een gouddunne film op een siliciumsubstraat, met bekende eigenschappen, en verplaats de vertragingslijn om de gemeten thermoreflectantiefase over het frequentiebereik dat interessant is voor thermische modelberekeningen.
  4. Zorg ervoor dat de temperatuur van het PPLN-kristal is ingesteld om het opgewekte vermogen te optimaliseren door de instelling van de PID-controller van het kristal aan te passen totdat de amplitude van het fotodetectorsignaal is gemaximaliseerd.

2. Monstervoorbereiding

OPMERKING: Om een succesvol FDTR-experiment uit te voeren, moet het oppervlak van het monster worden gepolijst tot een spiegelende afwerking om diffuse reflecties en eventuele hoogteverschillen te verminderen die de laser kunnen defocussen of veranderingen in de spiegel van de gereflecteerde probebundel tijdens het scannen over het oppervlak. Na dit punt moet de metaaltransducerlaag worden afgezet en gekarakteriseerd.

  1. Polijst het monster met suspensies van geleidelijk kleinere deeltjesgroottes totdat een spiegelende afwerking is bereikt. Gebruik bijvoorbeeld een reeks diamantsuspensies met deeltjesgroottes variërend van 5 μm tot 250 nm. Werk af met een suspensie van colloïdale silica, polijst tot een spiegelachtige afwerking is bereikt.
    OPMERKING: De specifieke duur van elke polijststap en de deeltjesgrootte hangen af van het monster.
  2. Als laatste reinigingsstap maak je het oppervlak 10 minuten ionenmaal.
  3. Meet de wortel-gemiddelde-kwadraatruwheid van het oppervlak met behulp van atomaire krachtmicroscopie (AFM); De ruwheid van de RMS zou onder de 20 nm moeten liggen.
  4. Na het polijsten breng je een metalen transducerlaag aan op het oppervlak van het monster. Voor een 532 nm probe-laser breng je een gouddunne film aan als transducerlaag vanwege de hoge thermoreflectantiecoëfficiënt19. Voor het gladste oppervlak van de transducer gebruik je een elektronenbundel (e-bundel) verdamper om een uniforme goudlaag op het monster te coaten met een laagdikte van meer dan 40 nm. Voor atomic force microscopy (AFM) metingen van de dikte van de transducer, plak je een stukje dun glas op het monsteroppervlak om als schaduwmasker te dienen voordat het monster in de e-bundel verdamper wordt geplaatst. Voltooi vervolgens de gouddepositie.
    OPMERKING: De transducer moet dikker zijn dan de optische huiddiepte van goud (≈20 nm voor 532 nm licht), maar idealiter dikker dan twee keer de optische huiddiepte om een voldoende sterk gereflecteerd signaal te geven.
  5. Meet de dikte van de goudlaag met behulp van de picoseconde ultrasone methode41 (Figuur 3A), AFM of een andere techniek met voldoende resolutie. Als je AFM gebruikt, scan dan de AFM-probe over de scherpe gouden rand die door het schaduwmasker wordt gegenereerd; Deze tredehoogte is de gouddikte.
  6. Als de thermische geleidbaarheid van het goud niet bekend is, voer dan een van der Pauw-meting42 uit op een goudfilm die is afgezet op een isolerend substraat, zoals glas. Alternatief kunt u een FDTR-meting uitvoeren van de goudlaag die is afgezet op een standaard substraat met bekende thermische geleidbaarheid.
    OPMERKING: De thermische geleidbaarheid van goud varieert licht afhankelijk van filmdikte43.

3. Meetopstelling

  1. Zet de stroomschakelaar van de 532 nm diodelaser op de aan-stand om de voeding te activeren. Wacht tot het inschakellampje aangaat, waarna de temperatuur van het laserkristal stabiliseert, en draai de laserschakelaar om de emissie van de 532 nm laser te starten. Een ingangsprobe-laservermogen van 20-30 mW is voldoende om het thermoreflectantiesignaal te detecteren. Gebruik een vermogensmeter om te zorgen dat de laserkracht binnen dat bereik valt voordat je verder gaat.
  2. Schakel de pomplaserdiodecontroller in en schakel thermo-elektrische koeling in door de juiste weerstandswaarde in te stellen volgens de specificaties van de diodelaser (bijv. 10 kΩ). Zodra de temperatuur is gestabiliseerd, zet je de laserstroom aan.
  3. Zet de EDFA aan en stel het uitgangsvermogen in op een gewenste waarde (bijv. 1 W).
    OPMERKING: Deze waarde moet worden gekozen op basis van de thermische diffusiviteit en het smeltpunt van het monstermateriaal. Houd er rekening mee dat het vermogen dat aan het monster wordt geleverd lager is dan het vermogen dat bij de vezelversterker is ingesteld (zie stap 1.10 om het vermogen op de monsterlocatie te meten). De hoeveelheid geabsorbeerd vermogen kan worden geschat op basis van de golflengte van de pomp en de absorptie van de transducer.
  4. Stel de RF-frequentie, RF-amplitude en biasspanning in bij de signaalgenerator(en) om de intensiteit van de pomplaser te moduleren.
  5. Zet de lock-in versterker en fotodetector aan. Zorg ervoor dat de referentiepoort is aangesloten op de RF-signaalgeneratoruitgang en de signaalingang op de fotodetector.
  6. Zet de temperatuurregelaar van het PPLN-kristal aan en schakel de PID-regeling in.
  7. Bevestig het monster op de multi-axis precisietrap die een micrometerknop heeft om de stagehoogte (Z-positie) aan te passen. Plak het monster aan de trap met dun dubbelzijdig tape om te voorkomen dat het monster tijdens de meting schuift.
  8. Focus de lasers op het oppervlak van het monster. Begin met het monteren van de koude spiegel boven het objectief en observeer het monsteroppervlak via de CCD-camera (zie stap 1.10). Stel de Z-knop op het podium aan totdat het sampleoppervlak scherp wordt op de live camerafeed. Blijf scherpstellen totdat de laserplek op zijn minimale grootte is. Als het klaar is, verwijder dan de koude spiegel.
    OPMERKING: Het doel van deze stap is om het monsteroppervlak op het gewenste brandpuntsvlak te positioneren. Bijvoorbeeld, het brandpuntsvlak van de probe wordt gevonden door de probelaser te focussen op de kleinste plekgrootte op het monsteroppervlak.
  9. Zorg er vervolgens voor dat de pomp- en probelasers op hetzelfde punt op het monster zijn gericht. Met het vereiste LabVIEW virtuele instrument (VI) past u de kantelhoeken van de Gimbal-stuurspiegel aan (zie stap 1.5) totdat de pomplaser is uitgelijnd langs de optische as van de probelaser. Zoek naar een maximale thermoreflectieamplitude om te weten wanneer de lasers samenvallen op het monsteroppervlak.

4. Meting van de vlekgrootte

OPMERKING: Thermoreflectantiemetingen van thermische eigenschappen tonen een extreme gevoeligheid voor de gemeten vlekgrootte17. Hieronder volgt een procedure om een spotmeting uit te voeren van zowel de pomp als de probelaser. Algemene stappen die op beide lasers van toepassing zijn, worden gegeven in 4.1 - 4.6, en vervolgens worden speciale overwegingen voor de individuele pomp- en probelasers gegeven in stappen 4.7 - 4.10.

  1. Verkrijg een "mesrand"-monster, bestaande uit goudpatronen die op een glas zijn afgezet.
    OPMERKING: Standaardmonsters kunnen worden gekocht of vervaardigd via foto- of elektronenbundellithografie om een voldoende scherpe interface te garanderen.
  2. Bevestig het monster op de multi-assige translatietrap (zie stap 3.7).
  3. Plaats het monster zo dat de laservlek dicht bij de gewenste gouden rand ligt, met de rand loodrecht op de gewenste scanrichting (x of y). Beweeg het sample handmatig of met een aparte vertaalstage met grote oppervlakken, en stel de positie vervolgens fijn af met de knoppen op het podium. Gebruik deze knoppen niet voor aanpassingen van grote gebieden, omdat het belangrijk is dat de assen van de translatiefase tijdens de scanmeting gecentreerd zijn.
    OPMERKING: Als de stagepositie tijdens de meting niet in het midden staat, kan er een koppeling ontstaan tussen meerdere assen die de positie van het monster verstoort en mogelijk het monster uit het brandpuntsvlak verplaatst.
  4. Voltooi de procedures voor initialisatie, scherpstellen en laseruitlijning van het FDTR-systeem, zoals beschreven in het gedeelte Metingsopstelling van het protocol (stappen 3.1 tot 3.10).
  5. Zet de translatiestagecontroller aan, nul elke bewegingsactuator en voer het identificatienummer van de controller in in de LabVIEW VI.
  6. In de VI voer je de gewenste scanlengte in de primaire scanrichting in (aangeduid als "A") en het aantal gewenste lijnscans in de "B"-richting in. Voer de stapgrootte in elke richting in.
    OPMERKING: Een typische lijnscan kan een lengte van 20-100 μm beslaan met een stapgrootte van 0,2-1 μm, afhankelijk van de grootte van de laserspot.
  7. Scan de interface van het messnede en neem het signaal van de intensiteit van het gereflecteerde licht op. Verwerk de data met de "SpotSizeFit.py"-code om de laserspotstraal te berekenen. De code wordt verstrekt in het ondersteunende materiaal.
    OPMERKING: Zowel het gereflecteerde als het doorgelatene licht kan worden gedetecteerd, afhankelijk van wat het meest handig is voor een bepaalde opstelling.
  8. Herhaal stappen 4.3-4.7, waarbij je langs een scherpe gouden rand in de richting loodrecht op de vorige scan scant. Bereken de gemiddelde spotradius en standaardafwijking tussen de loodrechte scanrichtingen.
    OPMERKING: De laser-spot moet een excentriciteit hebben die dicht bij 1 ligt. Ook, gezien de golflengten van elke laser en het modulatieschema beschreven in stappen 1.1 tot 1.15, zijn er enkele extra overwegingen specifiek voor de metingen van elke laser: (1) De pomplaser (1550 nm) vereist een infrarood (IR) detector, omdat deze niet kan worden gedetecteerd met de zichtbare lichtdetector. (2) De RF-signaalgenerator moduleert de probe-laser niet direct en vereist daarom een aparte modulatie, die kan worden bereikt door mechanisch afsnijden. Dit brengt echter een derde overweging met zich mee: (3) Mechanische choppers werken niet op radiofrequenties, waardoor het afgehakte probesignaal niet door dezelfde lock-in versterker kan worden opgevangen als de RF-gemoduleerde signalen. (Zo heeft de SR844 lock-in versterker een laagfrequente afsnijding van 20 kHz.) Deze drie overwegingen worden in de volgende stappen behandeld.
  9. Installeer een IR-fotodetector en richt een deel van de pompstraal die van het monster wordt gereflecteerd naar deze detector. Bijvoorbeeld, een deel van de gereflecteerde bundel zal uit de PBS komen die in stap 1.9 is geïnstalleerd, en deze bundel kan naar de IR-fotodetector worden gestuurd.
  10. Installeer een mechanische chopper in het pad van de probestraal, gemonteerd op een trillingsdempend schuim.
  11. Voordat je begint met het meten van de pompvlekgrootte, sluit eerst het RF-signaal aan op de referentiepoort van de SR844 lock-in versterker en de IR-fotodetector op de ingangspoort van de SR844 lock-in versterker.
  12. Voordat een meting van de probe-spot size begint, sluit eerst de uitgang van de mechanische helikoptercontroller aan op de referentiepoort van de SR830 lock-in versterker, en de zichtbaar licht-fotodetector op de ingangspoort van de SR830 lock-in versterker.
  13. Voer elke spotmeting (pomp of probe) uit met de vereiste "read" VI voor de gegeven lock-in versterker.

5. Puntmetingen

OPMERKING: Puntmetingen worden gebruikt om de lokale thermische eigenschappen op één punt op het monsteroppervlak te meten. Typisch worden de thermische geleidbaarheid van het substraatmateriaal en de thermische geleidbaarheid van het interface tussen de goudtransducer en het substraat gemeten. Deze eigenschappen worden beschouwd als een gemiddelde meting over een gebied dat de effectieve spotgrootte van de pomp- en probelasers13,17 omvat.

  1. Bevestig het monster op de multi-assige translatietrap (zie stap 3.7).
  2. Bekijk het monster via de CCD-camera en pas de plaatsing aan om ervoor te zorgen dat de probe-laser op een vrije plek wordt gereflecteerd zonder vuil en andere onzuiverheden.
  3. Selecteer het pompvermogensniveau en voltooi de focus- en uitlijningsprocedure zoals beschreven in stappen 3.1 tot 3.10.
  4. Bepaal het frequentiebereik voor de puntmeting. Zorg ervoor dat het thermische diffusiemodel gevoelig en geschikt is voor de gemeten eigenschappen in dit frequentiebereik.
  5. Selecteer het juiste gevoeligheidsniveau op de lock-in versterker voor het meetfrequentiebereik. Programmeer de puntmeting LabVIEW VI met het lock-in gevoeligheidsniveau, frequentiebereik en het totale aantal te meten frequenties. Indien nodig, programmeer meerdere trappen met verschillende gevoeligheidsniveaus om de signaal-ruisverhouding (SNR) te maximaliseren.
  6. Voer de puntmeting uit en sla de gegevens op in een .txt bestand. Neem de fasegegevens van de lock-in versterker drie keer op, voor (1) het lasersignaal van de probe, (2) het referentielasersignaal en (3) de ruis. Blokkeer altijd de bundel die niet wordt gemeten, en blokkeer zowel de probe- als referentiebundels om de ruisgegevens op te nemen.
  7. Om rekening te houden met instrument- of omgevingsgeluid, herhaal je stappen 5,2-5,5 en maak je het gemiddelde van de gepaste resultaten.

6. Beeldmetingen

OPMERKING: Thermische eigenschapsbeelden zijn tweedimensionale kaarten van de gemeten thermische eigenschappen over een gebied, gemaakt door de lasers over het monsteroppervlak te scannen en een reeks puntmetingen te verzamelen.

  1. Begin met het monteren van het monster op de multi-axis translatietrap (zie stap 3.7) en positioneer de laserspot boven het meetgebied door de CCD-camera te monitoren. Controleer of het gebied vrij is van vuil en onregelmatigheden in ruwheid.
    OPMERKING: Vermijd het verplaatsen van de translatieassen van de steppermotortrap naar hun uitersten om koppeling met de Z-as te voorkomen. Zie stap 4.3.
  2. Programmeer het meetgebied in de beeldmeting LabVIEW VI. Voer een snelle scan uit over het meetgebied (bijvoorbeeld drie stappen in zowel x- als y-richting) terwijl je de live feed van de CCD-camera monitort, en noteer het precieze meetgebied.
  3. Selecteer het pompvermogensniveau en voltooi de focus- en uitlijningsprocedure zoals beschreven in stappen 3.7-3.10 in Protocol 3.
  4. Selecteer minstens vijf frequenties waarop je het monster wilt scannen. Zorg ervoor dat het thermisch model gevoelig is voor de gemeten eigenschappen in dit frequentiebereik.
  5. Blokkeer de probelaser en neem de in-fase (d.w.z. X) en kwadratuur (d.w.z. Y) metingen op van het lock-in versterkerdisplay voor de referentielaser. Blokkeer vervolgens zowel de probe- als referentielasers om de X- en Y-ruismetingen op te nemen. Als het klaar is, deblokkeer dan de probe-laser.
  6. Selecteer het aantal stappen (d.w.z. het aantal puntmetingen) in elke scanrichting (x en y) in de LabVIEW VI. Voer de kaartmeting uit.
  7. Herhaal stap 6.5 wanneer de meting is voltooid. Bereken het gemiddelde X en Y van vóór en na de meting, zowel voor het referentiesignaal als het ruissignaal.
    OPMERKING: Referentie- en ruismetingen kunnen op elke meetlocatie in de scan worden verzameld, maar dit zou de benodigde tijd voor elke beeldmeting aanzienlijk vergroten. Door deze grootheden uit twee metingen (één voor en één na de ruimtelijke scan) te middelen, wordt de totale meettijd aanzienlijk verkort. Door de procedurele stappen te volgen die in het Protocolgedeelte zijn beschreven, kunnen gebruikers een FDTR-systeem bouwen, monsters voorbereiden voor thermische karakterisering en punt- en beeldmetingen uitvoeren van lokale κ. In de volgende sectie demonstreren we metingen van lokale κ op een enkelkristal siliciumsubstraat die deze protocollen gebruiken en geven we commentaar op de bronnen van onzekerheid en beperkingen van de FDTR-implementatie.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Puntmetingen

Het doel van de hier gepresenteerde puntmeting is het bepalen van de thermische geleidbaarheid (κ) bij kamertemperatuur van (100) enkelkristal silicium op basis van de gemeten thermoreflectantiefase van de gouden transducerfilm op het monster. Een tweelaags warmtegeleidingsmodel wordt aangepast aan de gemeten fasegegevens om het best geschikte substraat κ en de thermische geleiding (G) tussen transducer en silicium te bep...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

De hier gepresenteerde FDTR-techniek wordt gebruikt om het lokale substraat κ van een enkelkristal siliciumsubstraat te karakteriseren en om de κ-verdeling rond een grensvlak tussen twee plasmagesinterde siliciumsubstraten in kaart te brengen. Een cruciaal aspect van de meting is het gebruik van de modeling fitting om de onbekende thermische eigenschappen van het substraat en de transducer-substraatinterface te bepalen. De nauwkeurigheid van de meting hangt af van de juiste keuze van de ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs geven geen belangenconflicten bekend.

Dankbetuigingen

Sommige auteurs werden ondersteund door gedeeltelijke financiering van het Northwestern University Center for Engineering Sustainability and Resilience via een door het startkapitaal gefinancierd project getiteld "Towards Engineering Metamaterials for Sustainable Energy Solutions: Local Thermal Properties of Grain Boundaries in Polycrystalline Materials".

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
3-Axis NanoMax Stage, Stepper Motor DrivesThorlabsMAX383Sample vertaalstage
532 nm Continuous Wave LaserSpectraPhysicsSPFL 532-20Probe laser
Achromatic Doublet, f=150mm, 2"ThorlabsAC508-150-C-MLRelay lenzen in het 4-f optische beeldvormingssysteem dat wordt gebruikt om het centrum van de Gimbal scanner naar de achterste opening van het microscoopobjectief te beeldvormen
Beamsplitter CubeThorlabsBS019Optiek
Broadband Power/Energy MeterMelles Griot13PEM001Om laservermogens te meten
Closed-Loop Picomotor ControllerNew Focus8743-CLVoor het scannen van de pompstraal op het monstersoppervlak
Color CMOS CameraThorlabsCS165CU1Voor het beeldvormen van het monstersoppervlak
Current-Limited Power SupplyNew Focus901Om de hogesnelheidsfotodetector van stroom te voorzien
Fiber AmplifierIPG PhotonicsLDR-3UPomplaser
Free-Space Isolator, 1550 nmThorlabsIO-5-1550-HPVoor het voorkomen van terugreflecties van de pomplaser in de vezelversterker
Free-Space Isolator, 532 nmThorlabsIO-3-532-LPVoor het voorkomen van terugreflecties van de sondelaser in de diodelaser
Function / Arbitrary Waveform GeneratorAgilent33220AVoor het moduleren van de pomplaserintensiteit
Gimbal Optic MountNewport605-2Voor het scannen van de pompstraal op het monstersoppervlak
Gold Mirrors, 1"ThorlabsPF10-03-M01Hoge reflectiviteitsspiegels voor de pomplaser
Half Waveplate (1550)ThorlabsWPH05M-1550Polarisatie optica
Half Waveplate (532 nm)ThorlabsPolarisatie optica
IR 1 GHz Low Noise PhotoreceiverNew Focus1611Voor het bewaken van de gemoduleerde intensiteit van de pomplaser
Laser Diode ControllerILX Lightwave LDC-3742BVoor het regelen van de zaadpomplaserintensiteit
Lock-In AmplifierStanford Research
Systems		SR844Voor hoge frequentie metingen
Lock-In AmplifierStanford Research
Systems		SR830Voor lage frequentie metingen
Mechanical Chopper ControllerStanford Research SystemsSR540Voor het moduleren van de intensiteit van de sondebundel
MgO:PPLN CrystalCovesionTweede harmonische generatie kristal voor frequentie verdubbeling van de 1550 nm pomplaser naar de 775 nm referentielichtbron
Polarizing Beamsplitter CubeThorlabsPBS254Polarisatie optica
RF Signal GeneratorAgilentN9310AVoor het moduleren van de pomplaserintensiteit
Stepper Motor ControllerThorlabsBSC200Controller voor de sample vertaalstage
Temperature ControllerCovesionOC1Voor het regelen van de MgO:PPLN Kristaltemperatuur
Visible 1 GHz Low Noise PhotoreceiverNew Focus1601Voor het bewaken van het thermoreflectie signaal

Referenties

  1. Rahman, J. U., et al. Grain boundary engineering enhances the thermoelectric properties of YTe. Adv Energy Mater. 15, 2404243(2025).
  2. Villoro, R. B., et al. Grain boundary phases in NbFeSb half-Heusler alloys: a new avenue to tune transport properties of thermoelectric materials. Adv Energy Mater. 13, 2204321(2023).
  3. Meng, X. F., et al. Grain boundary engineering for achieving high thermoelectric performance in n-type skutterudites. Adv Energy Mater. 7, 1602582(2017).
  4. Villoro, R. B., et al. Fe segregation as a tool to enhance electrical conductivity of grain boundaries in Ti(Co,Fe)Sb half-Heusler thermoelectrics. Acta Mater. 249, 118816(2023).
  5. Biswas, K., et al. High-performance bulk thermoelectrics with all-scale hierarchical architectures. Nature. 489, 414-418 (2012).
  6. Isotta, E., et al. Microscale imaging of thermal conductivity suppression at grain boundaries. Adv Mater. 35, 2302777(2023).
  7. Isotta, E., et al. Heat transport at silicon grain boundaries. Adv Funct Mater. 34, 2405413(2024).
  8. Yeandel, S. R., Molinari, M., Parker, S. C. The impact of tilt grain boundaries on the thermal transport in perovskite SrTiO-layered nanostructures: a computational study. Nanoscale. 10, 15010-15022 (2018).
  9. Alikin, D., et al. Nanoscale imaging and measurements of grain boundary thermal resistance in ceramics with scanning thermal wave microscopy. ACS Appl Mater Inter. 16, 42917-42930 (2024).
  10. Sood, A., et al. Direct visualization of thermal conductivity suppression due to enhanced phonon scattering near individual grain boundaries. Nano Lett. 18, 3466-3472 (2018).
  11. Cahill, D. G., Goodson, K. E., Majumdar, A. Thermometry and thermal transport in micro/nanoscale solid-state devices and structures. J Heat Trans ASME. 124, 223-241 (2002).
  12. Olson, D. H., Braun, J. L., Hopkins, P. E. Spatially resolved thermoreflectance techniques for thermal conductivity measurements from the nanoscale to the mesoscale. J Appl Phys. 126, 150901(2019).
  13. Jiang, P. Q., Qian, X., Yang, R. Tutorial: time-domain thermoreflectance (TDTR) for thermal property characterization of bulk and thin-film materials. J Appl Phys. 124, 161103(2018).
  14. Sandell, S., et al. Thermoreflectance techniques and Raman thermometry for thermal property characterization of nanostructures. J Appl Phys. 128, 131101(2020).
  15. Chen, T., Jiang, P. Q. Decoupling thermal properties in multilayered systems for advanced thermoreflectance experiments. Phys Rev Appl. 23, 044004(2025).
  16. Giri, A., et al. Ultrafast and nanoscale energy transduction mechanisms and coupled thermal transport across interfaces. ACS Nano. 17, 14253-14282 (2023).
  17. Schmidt, A. J., Cheaito, R., Chiesa, M. A frequency-domain thermoreflectance method for the characterization of thermal properties. Rev Sci Instrum. 80, 094901(2009).
  18. Saurav, S., Mazumder, S. On the determination of thermal conductivity from frequency-domain thermoreflectance experiments. J Heat Trans ASME. 144, 013501(2022).
  19. Wilson, R. B., et al. Thermoreflectance of metal transducers for optical pump-probe studies of thermal properties. Opt Express. 20, 28829-28838 (2012).
  20. Dong, H. C., Wen, B., Melnik, R. Relative importance of grain boundaries and size effects in thermal conductivity of nanocrystalline materials. Sci Rep UK. 4, 7037(2014).
  21. Nan, C. W., Birringer, R. Determining the Kapitza resistance and the thermal conductivity of polycrystals: a simple model. Phys Rev B. 57, 8264-8268 (1998).
  22. Schelling, P. K., Phillpot, S. R., Keblinski, P. Kapitza conductance and phonon scattering at grain boundaries by simulation. J Appl Phys. 95, 6082-6091 (2004).
  23. Smith, D. S., et al. Grain boundary thermal resistance and finite grain size effects for heat conduction through porous polycrystalline alumina. Int J Heat Mass Tran. 121, 1273-1280 (2018).
  24. Xu, D., et al. Thermal boundary resistance correlated with strain energy in individual Si film-wafer twist boundaries. Mater Today Phys. 6, 53-59 (2018).
  25. Ziade, E. Wide-bandwidth frequency-domain thermoreflectance: volumetric heat capacity, anisotropic thermal conductivity, and thickness measurements. Rev Sci Instrum. 91, 124901(2020).
  26. Rodin, D., Yee, S. K. Simultaneous measurement of in-plane and through-plane thermal conductivity using beam-offset frequency-domain thermoreflectance. Rev Sci Instrum. 88, 014902(2017).
  27. Li, M., Kang, J. S., Hu, Y. J. Anisotropic thermal conductivity measurement using a new asymmetric-beam time-domain thermoreflectance (AB-TDTR) method. Rev Sci Instrum. 89, 084901(2018).
  28. Perez, L. A., et al. Anisotropic thermoreflectance thermometry: a contactless frequency-domain thermoreflectance approach to study anisotropic thermal transport. Rev Sci Instrum. 93, 034902(2022).
  29. Jiang, P. Q., Qian, X., Yang, R. G. Time-domain thermoreflectance (TDTR) measurements of anisotropic thermal conductivity using a variable spot-size approach. Rev Sci Instrum. 88, 074901(2017).
  30. Liu, J., et al. Ultralow thermal conductivity of atomic/molecular layer-deposited hybrid organic-inorganic zincone thin films. Nano Lett. 13, 5594-5599 (2013).
  31. Ota, A., et al. Enhancing thermal boundary conductance of graphite-metal interface by triazine-based molecular bonding. ACS Appl Mater Inter. 11, 37295-37301 (2019).
  32. Giri, A., et al. Heat-transport mechanisms in molecular building blocks of inorganic/organic hybrid superlattices. Phys Rev B. 93, 115310(2016).
  33. Losego, M. D., et al. Effects of chemical bonding on heat transport across interfaces. Nat Mater. 11, 502-506 (2012).
  34. Majumdar, S., et al. Vibrational mismatch of metal leads controls thermal conductance of self-assembled monolayer junctions. Nano Lett. 15, 2985-2991 (2015).
  35. Lu, B., et al. Cross-plane thermal conductance of phosphonate-based self-assembled monolayers and self-assembled nanodielectrics. ACS Appl Mater Inter. 12, 34901-34909 (2020).
  36. Chen, J., et al. Interfacial thermal resistance: past, present, and future. Rev Mod Phys. 94, 025002(2022).
  37. Yuan, C., et al. A review of thermoreflectance techniques for characterizing wide bandgap semiconductors' thermal properties and devices' temperatures. J Appl Phys. 132, 220701(2022).
  38. Monachon, C., et al. Thermal boundary conductance: a materials science perspective. Annu Rev Mater Res. 46, 433-463 (2016).
  39. Scott, E. A., et al. Thermal conductivity and thermal boundary resistance of atomic layer deposited high-dielectric aluminum oxide, hafnium oxide, and titanium oxide thin films on silicon. APL Mater. 6, 058302(2018).
  40. Rahman, M., et al. Simultaneous measurement of anisotropic thermal conductivity and thermal boundary conductance of two-dimensional materials. J Appl Phys. 126, 205103(2019).
  41. Maris, H. Picosecond ultrasonics. Sci Am. 278, 86-89 (1998).
  42. Hemenger, P. M. Measurement of high-resistivity semiconductors using Vanderpauw method. Rev Sci Instrum. 44, 698-700 (1973).
  43. Schmidt, A. J., et al. Characterization of thin metal films via frequency-domain thermoreflectance. J Appl Phys. 107, 024908(2010).
  44. Schmidt, A. J., et al. A frequency-domain thermoreflectance method for the characterization of thermal properties. Rev Sci Instrum. 80, 094901(2009).
  45. Tang, L., Dames, C. Anisotropic thermal conductivity tensor measurements using beam-offset frequency-domain thermoreflectance (BO-FDTR) for materials lacking in-plane symmetry. Int J Heat Mass Tran. 164, 120600(2021).
  46. Stevens, R. J., Smith, A. N., Norris, P. M. Measurement of thermal boundary conductance of a series of metal-dielectric interfaces by the transient thermoreflectance technique. J Heat Trans ASME. 127, 315-322 (2005).
  47. Yang, J., Ziade, E., Schmidt, A. J. Uncertainty analysis of thermoreflectance measurements. Rev Sci Instrum. 87, 014901(2016).
  48. Wilson, R. B., Cahill, D. G. Anisotropic failure of Fourier theory in time-domain thermoreflectance experiments. Nat Commun. 5, 5075(2014).
  49. Isotta, E., et al. A thermal boundary resistance model via mean free path suppression functions and a Gibbs excess approach. Int J Heat Mass Tran. 252, 127417(2025).
  50. Sakata, M., et al. Thermal conductance of silicon interfaces directly bonded by room-temperature surface activation. Appl Phys Lett. 23, 106(2015).
  51. Xiang, Z. Y., Jiang, P. Q., Yang, R. G. Time-domain thermoreflectance (TDTR) data analysis using phonon hydrodynamic model. J Appl Phys. 132, 205104(2022).
  52. Beardo, A., et al. Phonon hydrodynamics in frequency-domain thermoreflectance experiments. Phys Rev B. 101, 075303(2020).
  53. Goodson, K. E., Asheghi, M. Near-field optical thermometry. Microscale Therm Eng. 1, 225-235 (1997).
  54. Qian, X., et al. Accurate measurement of in-plane thermal conductivity of layered materials without metal film transducer using frequency-domain thermoreflectance. Rev Sci Instrum. 91, 064903(2020).
  55. Feser, J. P., Liu, J., Cahill, D. G. Pump-probe measurements of the thermal conductivity tensor for materials lacking in-plane symmetry. Rev Sci Instrum. 85, 104903(2014).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Trefwoorden

Meting van thermische eigenschappenthermische geleidbaarheidsmappingpomp probe laserlock in versterkerthermische korrelgrenzengrensvlakgeleidbaarheidMonte Carlo simulatiethermisch diffusiemodelimaging op micronschaal
De frequentiedomein-thermoreflectantietechniek voor thermische eigenschapsmetingen
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleid

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.