Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Termal Özellik Ölçümleri İçin Frekans Alanı Termoyansıması Tekniği

2K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/68908

⸱

5 Aralık 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

Bu makalede

Özet

Bu makale, yerel yıkıcı olmayan termal karakterizasyon ve görüntüleme için Frekans Alanı Termorefleksiyon (FDTR) tekniğini sunmaktadır.

Özet

Frekans alanı termoyansıtma (FDTR) tekniği, mikro ölçekli uzamsal çözünürlüklü termal karakterizasyon ve görüntüleme için yıkıcı olmayan bir yöntemdir. Bu teknik, bir örnekte modüle edilmiş sıcaklık değişimi oluşturmak için pompa lazeri ve örneğin yerel termal tepkisini izlemek için prob lazeri kullanır. Numunenin termal özellikleri, bir termal modelin numunenin termoyansıma tepkisine uydurulmasıyla belirlenir. Bu makale, tekniğin uygulanması ve bir substratın yerel termal iletkenliğinin yerel ölçümlerinin yapılması için ayrıntılı protokoller sunmaktadır. Ölçümün lazer kaynak parametrelerinden nasıl etkilendiği, FDTR ölçümindeki hata kaynakları ve ölçüm belirsizliğinin nicelendirilmesi üzerine özel bir önem ayrılır. Son olarak, iki yüzeyle aktifleştirilmiş bağlı tek kristal silikon alt tabakası arasında tek bir dikey arayüz yakınında yapılan bir termal iletkenlik görüntüleme deneyini tartışıyoruz. Arayüzdeki termal iletkenlik, bitişik tek kristallerdeki hacim değerine kıyasla %3 oranında bastırılır. FDTR tekniğiyle arayüz termal özelliklerini incelenebilme yeteneği, özellikle termoelektrik malzemelerde, bireysel tane sınırları çevresindeki yerel ısı akışını kolaylaştırabilir ve termoelektrik cihazların performansını optimize etmek için ayarlanabilir.

Giriş

Termal metroloji ve karakterizasyon araçları, örneğin termoelektrik jeneratörler ve soğutma uygulamalarında kullanılan ileri malzemelerin tasarımı ve optimizasyonu içinkritik öneme sahiptir 1,2. Bu uygulamalarda, sıcak ve soğuk bağlantılar arasında büyük bir sıcaklık gradyanı sağlamak ve verimli termal-elektrik enerjisi dönüşümü için düşük ısıl iletkenliğe ve yüksek elektrik iletkenliğe sahip malzemeler genellikle tercih edilir. Bu farklı özellikleri toplu kristal malzemelerde gerçekleştirmek zordur. Ancak, nokta ve ara yüzey kusurlarının (örneğin tane sınırları gibi) eklenmesiyle mikroyapı mühendisliği, yüksek performanslı termoelektrik malzemeler tasarlamak için umut verici biryöndür 1. Tane sınırı (GB) kontrollü termal iletkenlik çalışmalarının çoğu, ağırlıklı olarak 2,3,4,5 temel yapısal özellik olarak tane boyutuna odaklanmıştır; çünkü GB'nin yerel termal ortamını inceleyecek mekansal çözünürlükten yoksundurlar. Mikro ve nano ölçekli termal metroloji, bireysel GB'lerin yakınında ısı akışına dair yerel bilgi sağlayabilir. Örneğin, Isotta ve ark.6,7 tarafından yapılan son mikro ölçekli termal görüntüleme ölçümleri, tople termal iletkenliğin (κ) polikristalin kalay tellürür (SnTe) ve silikonda bireysel GB'lere yakın lokal olarak bastırıldığını ortaya koymuştur. Gözlemlenen κ baskısı, yanlış yönelim açısı, GB düzleminin pürüzlülüğü, nanotwinning yoğunluğu ve gözeneklilik gibi farklı GB özellikleriyle korelasyonluydu. Bu tür ölçümler, mikroyapı-κ ilişkisi hakkında yerel bilgi sağlayarak hacimli κ'nin ayarlanmasını kolaylaştırabilir. Defektlerin κ üzerindeki yerel etkilerine olan ilgi arttıkça, bu katkılara dair içgörü sağlayan hem hesaplamalı8 hem de deneysel 9,10 yaklaşımları giderek daha önemli hale gelecektir.

Optik termoyansıtmayöntemleri 11,12,13,14,15, toplu katı maddelerin, ince film süperkafeslerinin ve arayüzlerin yıkıcı olmayan termal metrolojisinde yaygın olarak kullanılır. Bu yöntemler, bir örneği yerel olarak ısıtmak ve termal yanıtlarını yüksek frekans veya zamansalçözünürlük 16 ile incelemek için ultrahızlı veya yoğunluk modülasyonlu lazerler kullanır; bu da termofiziksel özellikleri karakterize etmek için idealdir. Zaman alanlı termoyansıtma (TDTR)13,16 ve frekans alanı termoyansıtması (FDTR)17,18 dahil olmak üzere termorefleks teknikleri, en yaygın yüksek çözünürlüklü termal metroloji yöntemleridir. FDTR, örnekte yerel periyodik bir ısı kaynağı üretmek için odaklanmış yoğunluk modülasyonlu pompa lazeri kullanır. Ortaya çıkan örnek sıcaklık değişimi, kilitli amplifikatorla kaydedilen modülasyon frekansına bağlı bir termoyansıtma sinyaline dönüştürülür. Ölçümü kolaylaştırmak için, prob lazer dalga boyunda büyük bir termoyansıtmakatsayısı 19 olan ince bir dönüştürücü tabakası numuneye yerleştirilir. TDTR tekniği ise ultrahızlı pompa ve prob lazerleri kullanır ve dönüştürücü katmanının geçici termoyansıtma sinyali, pompa ile prob lazerleri arasında farklı zaman gecikmelerinde, pikosaniye zaman çözünürlüğüyle izlenir.

Termorefleksiyon teknikleri, termofiziksel özellikleri incelemek için mikro ölçekli lateral mekansal çözünürlük sunar ve ölçümler hem izotropik hem de anizotropik κ materyallerini karakterize edecek şekilde yapılandırılabilir. Son zamanlarda, Sood ve ark.10, bor-doplanmış polikristalin elmastaki yerel κ homojenliklerini elektron-geri saçılma kırınım görüntüleme ile ilişkilendirilen yerel κ homojenliklerini haritalamak için TDTR tekniğini kullandı. Ölçümlerinde, küçük taneli örneklerdeki bölgelerin κ'si toplu değere göre daha düşüktür. Ancak ölçümleri, κ baskısının küçük taner boyutlarından mı yoksa dirençli GB'lerden mi kaynaklandığını göstermedi. Bu çalışmanın ardından, Isotta ve ark. bireysel GB'ler etrafındaki yerel κ bastırmasının, orta sıcaklıkta termoelektrik bir malzeme olan SnTe'nin mikro ölçekli FDTR haritalarında gözlemlendiğini, şu ana kadar sadece teorik olarak öngörülen veya nadiren üretilen GB'lerde ölçülmüş GB yanlış yönelimaçısı 6 ile doğrudan ilişkili olduğunu göstermiştir 24. Sood ve ark. tarafından kullanılan TDTR yaklaşımına kıyasla, FDTR daha ucuzdur ve alt katman κ ve sabit basınç ısı kapasitesi (C) ile film-substrat arayüzü termal iletkenliği gibi birden fazla özelliğin geniş bir frekansaralığı 25 kapsayan tek ölçümde ölçülmesine olanak tanır. Numunenin termal özelliklerine en yüksek hassasiyetle çoklu pompa lazer modülasyon frekanslarında elde edilen iki boyutlu termoyansıtma faz haritaları, κ görüntüye dönüştürülür.

Termorefleksiyon fazı, bir dönüştürücü tabakasının yüzeyindeki periyodik sıcaklık titreşimleri ile emilmiş pompa lazeri tarafından üretilen modüle edilmiş ısı kaynağı arasındaki faz kaymasını temsil eder. Standart bir FDTR yaklaşımında, pompa ve prob lazerleri örnek yüzeyinde aynı noktaya odaklanır ve o noktadaki termorefleks fazı, farklı pompa lazer modülasyon frekanslarında kilitli amplifikatorla ölçülür. Ölçülen verilere katmanlı bir ısı iletimciliği modeli yerleştirilerek örneğin termal özelliklerini (yani κ, C ve dönüştürücü-örnek arayüzü iletkenliği) belirlenir.14 Standart FDTR yaklaşımının varyasyonları, ölçülen termorefleksiyon fazının örneğin anizotropik κ'sine karşı daha iyi hassasiyetini sağlar. Bunlar arasında (i) mekansal olarak kaydırılmış pompa ve problazerleri 26, (ii) eliptik27 veya hat28 şeklinde pompa lazerle üretilen ısı kaynakları ve (iii) değişken pompa lazer noktaboyutları 29 ile FDTR ölçümleri yer alır. Kütle özelliklerinin termal karakterizasyonunun ötesinde, FDTR tekniği arayüz termalözelliklerini 30,31,32,33,34,35 karakterize etmek için kullanılabilir; çünkü ısı kaynağının termal nüfuz derinliği, figure-introduction-1 pompa lazer modülasyon frekansına (f) bağlıdır. Arayüz, ısı taşıyıcılarının (yani elektronlar ve fononlar) iletimi ve yansıması nedeniyle termal direnç oluşturur.36. Direnç, FDTR deneylerinde arayüz termal iletkenliği açısından karakterize edilir. Kendi kendine monte edilenmonokatmanların (33,35), metal-substratarayüzlerinin (37,38) ve ince arayüzkatmanı s39'un FDTR ölçümleri literatürde bildirilmiştir. Son olarak, ince manyetik dönüştürücü filmlerle yapılan FDTR ölçümlerinin, iki boyutlu malzemelerin anizotropik κ'sinin karakterizasyonuna olanak tanıdığıgösterilmiştir 40.

Bu makale, dönüştürücü yüzeyinde koaksiyel odaklı pompa ve prob lazerleri kullanılarak yapılan FDTR ölçümünde uygulanan prosedürlerin ayrıntılı bir açıklamasını sunmaktadır. Toplu silikon substratın yerel κ ölçümleri sağlanır ve ölçüm belirsizlikleri nicelendirilir. Son olarak, yüzey aktif bağlanması (SAB) ile bağlanmış iki (100) tek kristalli silikon substrat arasında tek bir dikey arayüz yakınında yerel κ'nin FDTR görüntülemesini gösteren basit bir örnek sunuyoruz.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. FDTR sistem kurulumu

NOT: Deneysel düzenin şematik diyagramı Şekil 1'de gösterilmekte olup, ilgili ticari olarak mevcut bileşenler Malzemeler Tablosu'nda listelenmiştir. Aşağıdaki adımlar, pompa ve prob lazerlerinin kurulumunu ile sinyal alma sistemini tanımlar.

  1. Temel dalga boyu 1550 nm olan düşük güçlü (1 mW) elektroabsorptiflik yoğunluklu modüle edilmiş diyot lazeri (EML) takarak başlayın. EML'yi, lazer diyot akımı ve sıcaklık kontrolörü (LDC) ile entegre edilmiş bir kelebek lazer diyot montajına takın. EML ile kelebek montajı arasında iyi termal temas sağlanın; termal iletken bir macun (örneğin gümüş macun) kullanılarak, EML'deki termoelektrik soğutucu (TEC) diyot lazer sıcaklığını etkili şekilde koruyabilir. EML'nin çıkış gücünü kontrol etmek için LDC'deki uygun lazer diyot akımını ayarlayın. LDC'deki TEC kontrolörünü açın ve EML sıcaklığının uygun değerde sabitlenmesi için 10 dakikaya kadar bekleyin, ardından EML'ye LDC diyot akımı beslemesini açın.
    NOT: Bu pompa lazeri. 1550 nm dalga boyu altın dönüştürücü tarafından güçlü şekilde emilir.
  2. Diyot lazer yoğunluğunu modüle etmek için, EML'yi 100 kHz ile 80 MHz arasında frekanslara sahip voltaj önyargılı sinüzoidal radyo frekansı (RF) sinyaliyle yönlendirin. RF sinyal üretecinin çıkış voltajını bölerek sinyalin yarısını kilitli amplifikatorun referans portuna gönderin. Sinyalin diğer yarısını ayrı bir önyargı voltajıyla birlikte bir bias tee'ye gönderin ve bias tee'nin çıkış portunu EML'ye bağlayın.
    NOT: Bias tee kullanımı, diyot lazerin özelliklerine bağlı olarak isteğe bağlı olabilir; bu kurulumun temel amacı, EML'nin çıkış yoğunluğunu modüle etmektir.
  3. EML'nin çıkışını artırmak için, EML'den gelen fiber optik çıkışı 5 W fiberize erbiyum-doplanmış fiber amplifikatora (EDFA) besleyin. EDFA'nın çıkışı, FDTR kurulumu için pompa lazeridir. EDFA'dan pompa lazer gücünü kontrol ederek örnek yüzeyinde istenen yoğunluğu elde edin.
  4. EDFA fiberden çıkan çıkış ışığını uygun bir lens ile kollimasyon yapın. FDTR kurulumundaki çeşitli serbest alan optiklerinden EDFA'ya geri yansımaları önlemek için, kolimatörlerden ileten ışığı Faraday optik izolatörüne yönlendirin.
  5. İzolatörden çıkan çıkış ışınını, Gimbal tarama aynası, iki röle lensi ve bir mikroskop objektifinden oluşan 4-f optik görüntüleme sistemi aracılığıyla örnek yüzeyine yönlendirin. Pompa lazer dalga boyu elektromanyetik spektrumun kızılötesi bölgesinde olduğundan, lazer görünmediğinden, 4-f görüntüleme sistemi üzerinden pompa lazeri hizalamak için floresan kart kullanın ve mikrotezgahın optik ekseni boyunca prob lazeriyle kollineer hale getirilir.
    NOT: 4-f görüntüleme sistemi, tarama aynasının merkezini nesnenin arka açıklığına kadar görüntüler. Bu, mikroskop objektif üzerinden örnek yüzeyine iletilen odaklı pompa lazerini, ışının giriş açısını objektefin arka açıklığına değiştirmeden değiştirmek için taramaya olanak tanır.
  6. Sonra, frekans çiftine katlanmış neodimyum alüminyum granat (Nd-YAG) sürekli dalga diyot lazeri olan prob lazerini, pasif soğutmalı bir montaja monte edin. Maksimum prob gücü ve dalga boyu sırasıyla 50 mW ve 532 nm'dir. Pompa lazeri gibi, prob diyot lazer çıkışını Faraday optik izolatörü üzerinden yönlendirin. Ayrıca, izolatörün içinden çıkan lazerin kolimlenmiş ışın boyutunu ayarlamak için iki lensli bir sistem kullanın.
  7. Prob lazerinin ışın yoluna yarım dalga plakası yerleştirin, ardından polarize ışın ayırıcısı (PBS) kullanılır; Bu yapılandırma, kullanıcının numuneye iletilen optik gücü kontrol etmesini sağlayan değişken bir zayıflatıcı görevi görür. Değişken zayıflatıcının çıkışını, ışık mikroskop hedefine ulaşmadan önce çeyrek dalga plakasından yönlendirin. Bu çeyrek dalga plakasının hızlı eksenini prob lazerinin polarizasyon yönüne göre 45 derece döndürün; böylece optikten geçen iki geçişte ışığın polarizasyonunu 90 derece döndürür.
    NOT: Bu, örnek yüzeyinden yansıyan prob ışığın yüksek hızlı bir fotodetektöre yönlendirilmesini ve tekrar diyot lazerine değil yönlendirilmesini sağlar.
  8. Prob lazerini, pompa lazeri ile birlikte mikroskop nesnesinin merkezine koaksiyel olarak gönderin. Pompa ve prob lazerlerini, mikro-bench kurulumunun optik ekseni boyunca hizala, böylece iki ışının objektiften geçerken koaksiyel kalmasını sağlar.
    NOT: Pompa ve prob lazerlerinin mikro bench'in optik ekseni boyunca ve pompa ile prob lazerlerinin odak düzlemleri arasında kollinear kalmasını sağlamak için doğru hizalama kritik öneme sahiptir.

figure-protocol-1
Şekil 1: FDTR deneysel kurulumunun şeması.Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

  1. Prob lazeri tarafından fotodetektöre iletilen termoyansıtma sinyalini okumak için, fotodetektör çıkışını kilitli amplifikatora besleyin. Fotodedektör ve kilitli amplifikatorun frekans yanıtının pompa lazer modülasyon frekansında modüle edilmiş sinyallerin ölçülmesine olanak sağladığından emin olun.
  2. Pompa lazer gücünü örnek noktasına kaydedin. Mikroskop objektîfinin altına bir güç ölçer yerleştirin ve prob lazeri bloklanırken pompa lazerinin güç seviyesini okuyun.
  3. Örnek yüzeyini görüntülemek için, örnekten yansıyan ışığı bir tüp lens üzerinden CCD kameraya yönlendirin ve burada örnek yüzeyinin görüntüsü oluşturulur. Mikroskop ile tüp lens arasına çıkarılabilir bir dikroik (soğuk) ayna yerleştirerek örnek yüzeyinden yansıtılan ışığı CCD kameraya yönlendirin.
    NOT: Ölçüm yaparken soğuk aynanın çıkarılması gerekir - sadece CCD kamerayla örnek yüzeyi gözlemlenirken kullanılır. Aşağıdaki adımlar, sinyal analiz sürecinin anlaşılmasını gerektirir. Modüle edilmiş termoyansıtmanın fazı, yani örnek yüzey sıcaklığına bağlı prob lazer yoğunluğu, bir FDTR ölçümünde ilgi çekici kritik sinyaldir. Kilitli amplifikatör, termoyansıtma sinyalinin genliğini ve fazını kaydeder. Ancak, diğer istenmeyen sinyal kaynakları termorefleksiyon fazıyla karıştırılır. Özellikle, faz sinyali ((φörnek), örneğin termoyansıtma fazının (φTR), prob lazerinin örnek yüzeyinden fotodetektöre (φ OPD) kadar yol geçtiği optik yol mesafesiyle ilişkili faz kaymasını (OPD) ve algılama elektroniğinden kaynaklanan ek faz gürültüsü katkılarının (φgürültüsünü) birleşimini içerir). Tespit edilen faza yönelik OPD ve gürültü katkılarını ortadan kaldırmak için, tespit edildiğinde hem φOPD hem de φgürültü içeren,ancak TR φ olmayan ikincil bir ışın yolu referans olarak uygulanmalıdır. Bu şekilde, termoyansıtma fazı, referans fazı çıkarılarak sonda sinyalinden (φörnek) çıkarılabilir: φTR = φörnek - φref. Bu kavram, hem φörnek hem de φ referansı, RF sinyal üretecinin kilitli amplifikatora sağladığı RF sinyaline göre ölçüldüğü Şekil 2A'da gösterilmiştir. Bu faz çıkarma adımına gerçek faz verileriyle bir örnek Şekil 2B'de verilmiştir. Referans ışın yolu oluşturulurken üç kritik adım dahil edilmelidir: (1) optik yol mesafesini, prob lazerinin örnek yüzeyinden fotodedektöre kat ettiği mesafeyle eşleştirmek, (2) referans ışını örnek sinyaliyle aynı fotodetektör kullanarak tespit etmek ve (3) pompa lazeri modüle eden aynı RF sinyaliyle referans ışın yoğunluğunu modüle etmek. Fotodetektörün pompa lazer dalga boyuna yanıt vermediğini ve yansıyan pompa ışınının görünür fotodetektöre ulaşmadığını belirtiyoruz. Bu nedenle, örnek yüzeyinden yansıyan pompa ışığı termoyansıma fazını etkilemez.

figure-protocol-2
Şekil 2: Termorefleks fazı, referans sinyal fazının prob sinyal fazından çıkarılması ile hesaplanır. Bu faz kaymaları kavramsal olarak (A)'da tasvir edilmiş ve gerçek nokta ölçüm verileriyle bir örnek (B)'de gösterilmiştir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

  1. Referans ışını oluşturmak için pompa ışınının bir kısmını ayırın, böylece gereksinimi (3) doldurun. Lütfen yukarıdaki NOT'a bakınız. Bunu, ışın yoluna (adım 1.6'da açıklanan aynı prosedürü izleyerek) değişken bir zayıflatıcı olarak yarım dalga plakası ve PBS takarak yapın; burada PBS'nin yansıttığı ışık referans ışını olarak kullanılır.
  2. Pompa lazeri (1550 nm), prob lazerini (532 nm) algılayan görünür ışık dedektörü tarafından tespit edilemediğinden, referans ışını periyodik olarak kutuplanmış lityum niobat (PPLN) ikinci harmonik üretim (SHG) kristalinden geçirerek 775 nm ışın üretin. Bu, (2) gerekliliği karşılar.
  3. PPLN kristal çıkışından (775 nm dalga üretim noktası) fotodetektöre optik yol, prob lazerinin örnek yüzeyi ile fotodetektör arasındaki optik yol mesafesiyle aynı uzunluğa sahip olsun. Yansıtılan prob (532 nm) lazerin OPD'sini referans (775 nm) lazere göre hassas şekilde kontrol etmek için prob ışınının optik yoluna bir optik gecikme hattı yerleştirin. Bilinen özelliklere sahip bir silikon alt tabakası üzerinde altın ince bir film gibi bir kalibrasyon örneği kullanın ve gecikme hattını, termal model hesaplamalarının ilgilendiği frekans aralığında ölçülen termoyansıma fazını eşleştirecek şekilde hareket ettirin.
  4. PPLN kristal sıcaklığının, kristalin PID kontrolcüsündeki ayarını ayarlayarak üretilen güç çıkışını optimize etmek için ayarlandığından emin olun, fotodetektör sinyal genliği maksimize edilene kadar.

2. Numune hazırlama

NOT: Başarılı bir FDTR deneyi yapmak için, numunenin yüzeyi ayna benzeri bir kaplamaya cilalı, böylece yüzey boyunca tarama yapılırken lazerin odaklanmamasına veya yansıtılan prob ışınının spekulürliğindeki değişikliklere yol açabilecek dağınık yansımaları ve yükseklik değişimlerini azaltmalıdır. Bu noktadan sonra, metal dönüştürücü tabakası yerleştirilmeli ve karakterize edilmelidir.

  1. Numuneyi, ayna benzeri bir sonuca ulaşana kadar giderek daha küçük parçacık boyutlarındaki süspansiyonlarla parlatın. Örneğin, parçacık boyutları 5 μm'den 250 nm'ye kadar değişen bir dizi elmas süspansiyon kullanın. Kolloidal silika süspansiyonu ile bitirin, ayna benzeri bir kaplama elde edilene kadar parlatın.
    NOT: Her parlatma adımının özel süresi ve parçacık boyutu numuneye bağlıdır.
  2. Son temizlik adımı olarak, yüzeyi 10 dakika boyunca iyon frezesi yapın.
  3. Yüzeyin kök orta-kare pürüzlülüğünü atomik kuvvet mikroskopisi (AFM) ile ölçmek; RMS'in pürürlüğü 20 nm'nin altında olmalı.
  4. Parlatmadan sonra, numune yüzeyine metal bir dönüştürücü tabakası yerleştirin. 532 nm prob lazeri için, büyük termorefleksiyon katsayısı19 nedeniyle dönüştürücü katmanı olarak altın ince bir film uygulanır. En düzgün dönüştürücü yüzeyi için, numune üzerinde 40 nm'den büyük bir tabaka kalınlığıyla uniform altın tabaka kaplamak için elektron ışını (e-ışını) evaporatörü kullanın. Dönüştürücü kalınlığının atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ölçümleri için, numuneyi e-ışın evaporatörüne yerleştirmeden önce örnek yüzeyine ince bir cam parçası bantla gölge maskesi olarak kullanılır. Sonra, altın deposunu tamamla.
    NOT: Dönüştürücü, altının optik deri derinliğinden (532 nm ışık için ≈20 nm) daha kalın olmalı, ancak yeterince güçlü bir yansıtma sinyal sağlamak için ideal olarak optik deri derinliğinin iki katından daha kalındır.
  5. Altın tabakasının kalınlığını, pikosekund ultrasonikyöntem 41 (Şekil 3A), AFM veya yeterli çözünürlüklü herhangi bir teknikle ölçün. AFM kullanıyorsa, gölge maskesi tarafından oluşturulan keskin altın kenarın üzerinden AFM probunu tarar; Bu basamak yüksekliği altın kalınlığıdır.
  6. Altının ısı iletkenliği bilinmiyorsa, cam gibi yalıtkan bir alt tabakaya biriktirilmiş altın film üzerinde van der Pauwölçümü 42 uygulanır. Alternatif olarak, bilinen termal iletkenliğe sahip standart bir alt tabakaya biriktirilen altın tabakasının FDTR ölçümü yapılabilir.
    NOT: Altının termal iletkenliğinin, filmkalınlığı 43'ün fonksiyonu olarak biraz değiştiği bilinmektedir.

3. Ölçüm kurulumu

  1. 532 nm diyot lazerinin güç anahtarını açık konuma getirerek güç kaynağını aktive edin. Etkinleştirme ışığı yanana kadar bekleyin, o noktada lazer kristalinin sıcaklığı stabil hale gelir ve lazer anahtarını çevirerek 532 nm lazerin yayılmasını başlatın. Termoyansıtma sinyalini tespit etmek için 20-30 mW giriş probu lazer gücü yeterlidir. Lazer gücünün o aralıkta olduğundan emin olmak için bir güç ölçer kullanın.
  2. Pompa lazer diyot kontrolörünü açın ve diyot lazer spesifikasyonlarına göre uygun direnç değerini ayarlayarak termoelektrik soğutmayı etkinleştirin (örneğin, 10 kΩ). Sıcaklık stabilleştiğinde, lazer akımını açın.
  3. EDFA'yı açın ve çıkış gücünü istenen değere (örneğin, 1 W) ayarlayın.
    NOT: Bu değer, numune malzemesinin termal difüzözitesi ve erime noktasına göre seçilmelidir. Numuneye verilen gücün, fiber amplifikatordaki güç setinden daha az olduğunu unutmayın (örnek konumundaki gücü ölçmek için adım 1.10'a bakınız). Emilen güç miktarı, pompa dalga boyu ve dönüştürücü emilimine göre tahmin edilebilir.
  4. Sinyal jeneratör(ler)de RF frekansını, RF genliğini ve önyargı voltajını ayarlayarak pompa lazer yoğunluğunu modüle edin.
  5. Kilitli amplifikatoru ve fotodetektörü açın. Referans portunun RF sinyal üreteci çıkışına ve sinyal giriş portunun fotodedektöre bağlı olduğundan emin olun.
  6. PPLN kristalinin sıcaklık kontrolünü açın ve PID kontrolünü etkinleştirin.
  7. Örneği, aşama yüksekliğini (Z-konumu) ayarlamak için mikrometre düğmesi olan çok eksenli hassas aşamaya monte edin. Numuneyi ölçüm sırasında kaydırılmasını önlemek için ince çift taraflı bant kullanarak sahneye yapıştırın.
  8. Lazerleri örnek yüzeyine odaklayın. Soğuk aynayı objektİF üzerine monte ederek ve CCD kamera aracılığıyla örnek yüzeyini gözlemleyerek başlayın (bkz. adım 1.10). Sahnedeki Z-düğmesini örnek yüzeyi canlı kamera yayınında netleşene kadar ayarlayın. Lazer noktası minimum boyutuna gelene kadar odaklanmaya devam edin. Tamamlandıktan sonra soğuk aynayı çıkarın.
    NOT: Bu adımın amacı, örnek yüzeyini istenen odak düzleminde konumlandırmaktır. Örneğin, prob odak düzlemi prob lazeri örnek yüzeyindeki en küçük nokta boyutuna odaklayarak bulunur.
  9. Sonra, pompa ve prob lazerlerinin numunenin aynı noktasına odaklandığından emin olun. Gerekli LabVIEW sanal cihazını (VI) kullanarak, Gimbal direksiyon aynasının eğim açılarını ayarlayın (bkz. adım 1.5), ta ki pompa lazeri prob lazerinin optik ekseni boyunca hizalanana kadar. Lazerlerin numune yüzeyinde ne zaman kesiştiğini bilmek için maksimum termoyansıtma genliğine bakın.

4. Spot boyutu ölçümü

NOT: Termal özelliklerin termoreflektans ölçümlerinin, ölçülen noktaboyutuna karşı aşırı hassasiyet gösterdiği bilinmektedir 17. Aşağıda, pompa veya prob lazerinin nokta boyut ölçümü yapılması için bir prosedür yer almaktadır. Her iki lazer için geçerli olan genel adımlar 4.1 - 4.6 bölümlerinde verilmiş, ardından pompa ve prob lazerleri için özel hususlar 4.7 - 4.10 numaralarında verilmiştir.

  1. Bir cam üzerine yerleştirilmiş altın desenlerden oluşan bir "bıçak kenarı" örneği alın.
    NOT: Standart örnekler satın alınabilir veya yeterince keskin bir arayüz sağlamak için foto- veya elektron ışını litografisi ile üretilebilir.
  2. Örneği çok eksenli çeviri aşamasına monte edin (bkz. adım 3.7).
  3. Örneği, lazer noktasının istenen altın kenara yakın olacak şekilde konumlandırın; kenar istenen tarama yönüne (x veya y) dik hizalanmış olsun. Örneği manuel olarak veya ayrı bir büyük alanlı çeviri aşamasıyla hareket ettirin ve ardından sahnedeki düğmelerle pozisyonu ince ayarlayın. Bu düğmeleri büyük alan ayarlamaları için kullanmayın, çünkü tarama ölçümü sırasında çeviri aşama eksenlerinin ortalanması önemlidir.
    NOT: Ölçüm sırasında aşama pozisyonu merkezden dolayı, birden fazla eksen arasında bir bağlantı oluşabilir ve bu da örnek konumunu emirtik hale getirebilir ve örnek odak düzleminden dışarı çıkabilir.
  4. Protokolün Ölçüm kurulumu bölümünde ayrıntılı olarak FDTR sistem başlatma, odaklama ve lazer hizalama prosedürlerini tamamlayın (adımlar 3.1'den 3.10'a kadar).
  5. Çeviri aşaması kontrolörünü açın, her hareket kontrol aktüatörünü sıfırlayın ve kontrolcünün kimlik numarasını LabVIEW VI'ya girin.
  6. VI'da, birincil tarama yönündeki istenen tarama uzunluğunu ("A" ile gösterilir) ve istenen çizgi tarama sayısını "B" yönünde girin. Her yöne adım boyutunu girin.
    NOT: Tipik bir çizgi taraması, lazer noktasının boyutuna bağlı olarak 20-100 μm uzunluğunda ve 0.2-1 μm adım boyutunda olabilir.
  7. Bıçağın kenar arayüzünü tarar ve yansıyan ışık yoğunluk sinyalini kaydet. Verileri "SpotSizeFit.py" kodu kullanarak lazer nokta yarıçapını hesaplayın. Kod destekleyici materyalde sağlanmıştır.
    NOT: Yansıtılan veya iletilen ışık, belirli bir kurulum için hangisi en uygunsa algılanabilir.
  8. 4.3-4.7. adımları tekrarlayın, önceki taramaya dik yönünde keskin bir altın kenar boyunca tarayabilirsiniz. Dik tarama yönleri arasındaki ortalama nokta yarıçapı ve standart sapmayı hesaplayın.
    NOT: Lazer noktasının eksantrikliği 1'e yakın olmalıdır. Ayrıca, her lazerin dalga boyları ve 1.1 ile 1.15 adımlarında tanımlanan modülasyon şeması göz önüne alındığında, her lazerin ölçümlerine özgü bazı ek hususlar vardır: (1) Pompa lazeri (1550 nm) görünür ışık dedektörüyle tespit edilemez olduğu için kızılötesi (IR) dedektörü gerektirir. (2) RF sinyal jeneratörü, prob lazerini doğrudan modüle etmez ve bu nedenle mekanik kesme ile sağlanabilen ayrı bir modülasyon gerektirir. Ancak bu üçüncü bir hususu da getirir: (3) Mekanik helikopterler radyo frekanslarında çalışmaz ve bu nedenle kesilen prob sinyali, RF modülasyonlu sinyallerle aynı kilitli amplifikatorla yakalayamaz. (Örneğin, SR844 kilitli amplifikatörü 20 kHz'de düşük frekans kesme özelliğine sahiptir.) Bu üç husus, aşağıdaki adımlarda ele alınmaktadır.
  9. Bir IR fotodedektör takın ve pompa ışınının bir kısmını örnekten bu dedektöre yönlendirin. Örneğin, 1.9. adımda kurulan PBS'den yansıtılan bir miktar ışın çıkar ve bu ışın IR fotodetektöre yönlendirilebilir.
  10. Prob ışını yoluna mekanik bir helikopter takın, titreşim sönümleyici köpük üzerine monte edilsin.
  11. Pompa nokta boyutu ölçümüne başlamadan önce, RF sinyalini SR844 kilitli amplifikatörünün referans portuna ve IR fotodetektörünü SR844 kilitli amplifikatörün giriş portuna bağlayın.
  12. Prob spot boyut ölçümüne başlamadan önce, önce mekanik chopper'ın kontrolör çıkışını SR830 kilitli amplifikatörün referans portuna, görünür ışık fotodetektörünü ise SR830 kilitli amplifikatörün giriş portuna bağlayın.
  13. Her nokta boyut ölçümü (pompa veya prob) verilen kilitli amplifikatör için gerekli "okuma" VI ile çalıştırın.

5. Nokta ölçümleri

NOT: Nokta ölçümleri, örnek yüzeyindeki tek bir noktada yerel termal özellikleri ölçmek için kullanılır. Genellikle, alt tabaka malzemesinin termal iletkenliği ve altın dönüştürücü ile alt tabaka arasındaki arayüz termal iletkenliği ölçülür. Bu özellikler, pompa ve prob lazerlerinin etkin nokta boyutunu kapsayan bir alan üzerinde ortalama bir ölçümolarak kabul edilir 13,17.

  1. Örneği çok eksenli çeviri aşamasına monte edin (bkz. adım 3.7).
  2. Örneği CCD kamerayla inceleyin ve prob lazerinin kir ve diğer safsızlıklardan arındırılmış net bir noktada yansımasını sağlamak için konumunu ayarlayın.
  3. Pompa güç seviyesini seçin ve 3.1'den 3.10'a kadar olan adımlarda detaylandırılan odak ve hizalama prosedürünü tamamlayın.
  4. Nokta ölçümü için frekans aralığına karar verin. Termal difüzyon modelinin bu frekans aralığındaki ölçülen özelliklere duyarlı ve uygun olduğundan emin olun.
  5. Ölçüm frekans aralığı için kilitli amplifikatorda uygun hassasiyet seviyesini seçin. Nokta ölçüm LabVIEW VI'yı kilitlenme hassasiyet seviyesi, frekans aralığı ve ölçülecek toplam frekans sayısıyla programlayın. Gerekirse, sinyal-gürültü oranını (SNR) maksimize etmek için farklı hassasiyet seviyelerine sahip birden fazla aşama programlayın.
  6. Nokta ölçümü çalıştırın ve veriyi .txt bir dosyaya kaydedin. Kilitli amplifikatordan faz verilerini üç kez kaydedin: (1) prob lazer sinyali, (2) referans lazer sinyali ve (3) gürültü için. Her zaman ölçülmeyen ışını engelleyin ve gürültü verisini kaydetmek için hem prob hem de referans ışınlarını bloklayın.
  7. Cihaz veya çevresel gürültüyü hesaba katmak için, 5.2-5.5 adımlarını tekrarlayın ve uyumlu sonuçların ortalamasını alın.

6. Görüntü ölçümleri

NOT: Termal özellik görüntüleri, örnek yüzeyinde lazerlerin taranması ve bir dizi nokta ölçüm dizisi toplamasıyla oluşturulan ölçülü termal özelliklerin iki boyutlu haritalarıdır.

  1. Örneği çok eksenli çeviri aşamasına monte ederek başlayın (bkz. adım 3.7) ve CCD kamerayı izleyerek lazer noktasını ölçüm alanının üzerine konumlandırın. Bölgenin kir ve pürüzlülükten arınmış olduğundan emin olun.
    NOT: Step motor aşamasının translasyon eksenlerini uç noktalarına taşımaktan kaçının, böylece Z ekseniyle bağlanmamayı önleyin. Adım 4.3'e bakınız.
  2. Ölçüm alanını görüntü ölçüm LabVIEW VI'ya programlayın. CCD kameranın canlı yayınını izlerken ölçüm alanını (örneğin, hem x hem de y yönlerinde üç adım) hızlıca tarama yapın ve kesin ölçüm alanını not edin.
  3. Pompa güç seviyesini seçin ve Protokol 3'teki 3.7-3.10 adımlarında açıklanan odak ve hizalama prosedürünü tamamlayın.
  4. Örnek taraması için en az beş frekans seçin. Termal modelin bu frekans aralığındaki ölçülen özelliklere duyarlı olduğundan emin olun.
  5. Prob lazerini bloklayın ve referans lazer için kilitli amplifikatör ekranından faz içi (yani X) ve kuadrat (yani Y) okumalarını kaydedin. Sonra hem probu hem de referans lazerlerini bloklayarak X ve Y gürültü okumalarını kaydedin. Tamamlandığında, prob lazerini açın.
  6. LabVIEW VI'da her tarama yönündeki (x ve y) adım sayısını (yani nokta ölçümlerinin sayısını) seçin. Harita ölçümü yap.
  7. Ölçüm bittikten sonra 6.5. adımı tekrarlayın. Hem referans sinyali hem de gürültü sinyali için ölçümden önce ve sonrasında ortalama X ve Y hesaplayın.
    NOT: Taramadaki her ölçüm noktasında referans ve gürültü ölçümleri toplanabilir, ancak bu, her görüntü ölçümü için gereken süreyi önemli ölçüde artırır. Bu miktarların iki ölçümden (biri mekânsal taramadan önce ve sonra diğeri) ortalaması alındığında, toplam ölçüm süresi önemli ölçüde azaltılır. Protokol bölümünde açıklanan prosedürel adımları takip ederek kullanıcılar bir FDTR sistemi kurabilir, termal karakterizasyon için örnekler hazırlayabilir ve yerel κ'nin nokta ve görüntü ölçümlerini yapabilir. Aşağıdaki bölümde, bu protokolleri kullanan tek kristalli silikon substrat üzerindeki yerel κ ölçümlerini gösteriyoruz ve FDTR uygulamasındaki belirsizlik ve sınırlamalar hakkında yorum yapıyoruz.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Nokta ölçümleri

Burada sunulan nokta ölçümün amacı, numunedeki altın dönüştürücü filmin ölçülen termorefleks fazına dayanarak (100) tek kristalli silisyumun oda sıcaklığında termal iletkenliğini (κ) belirlemektir. Ölçülen faz verilerine iki katmanlı ısı iletimi modeli eklenir; böylece en iyi uyum sağlayan alt κ ve dönüştürücü-silikon arayüzü termal iletkenliği (G) belirlenir. Ölçülen dönüştürücü kalınlığı, termal iletkenlik, pompa ve ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Burada sunulan FDTR tekniği, tek kristalli silikon bir substratın yerel alt κ'sini karakterize etmek ve iki plazma sinterlenmiş silikon substrat arasındaki bir arayüz etrafında κ dağılımını haritalamak için kullanılır. Ölçümün kritik yönlerinden biri, modelleme fitinin substrat ve dönüştürücü-substrat arayüzünün bilinmeyen termal özelliklerini belirlemek için kullanılmasıdır. Ölçümün doğruluğu, pompa lazerinin nokta boyutu ve modülasyon frekanslarının doğru seçimine, dönüştürücü kalınlığ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması belirtmemektedir.

Teşekkürler

Bazı yazarlar, Northwestern Üniversitesi Mühendislik Sürdürülebilirliği ve Dayanıklılık Merkezi'nden kısmi fon alarak "Sürdürülebilir Enerji Çözümleri için Metamalzemeler Mühendisliğine Doğru: Polikristalin Malzemelerde Tahıl Sınırlarının Yerel Termal Özellikleri" adlı tohum fonlu bir proje ile desteklendi.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
3 eksenli nanoMax aşaması, step motor sürücüleriThorlabsMAX383Örnek çeviri aşaması
532 nm Sürekli Dalga LazeriSpektrumFizikSPFL 532-20Prob lazeri
Akromatik Çift, f=150mm, 2"ThorlabsAC508-150-C-MLGimbal tarayıcısının merkezini mikroskop objektîfinin arka diyaframına görüntülemek için kullanılan 4-f optik görüntüleme sistemindeki röle lensleri,
Işın Ayırıcı KüpüThorlabsBS019Optik
Genişbant Güç/Enerji ÖlçerMelles Griot13PEM001Lazer güçlerini ölçmek için
Kapalı Döngü Pikomotor KontrolörüYeni Odak8743-CLPompa ışınının örnek yüzeyinde taraması için
Renkli CMOS KameraThorlabsCS165CU1Örnek yüzeyinin görüntülenmesi için
Akım Sınırlı Güç KaynağıYeni Odak901Yüksek hızlı fotodedektörü çalıştırmak için
Fiber AmplifikatörIPG FotonikLDR-3UPompa lazeri
Serbest Alan İzolatörü, 1550 nmThorlabsIO-5-1550-HPPompa lazerinin fiber amplifikatora geri yansımasını önlemek için
Serbest Alan İzolatörü, 532 nmThorlabsIO-3-532-LPProb lazerinin diyot lazerine geri yansımasını önlemek için
Fonksiyon / Rastgele Dalgaform ÜreteciÇevik33220APompa lazer yoğunluğunu modüle etmek için
Gimbal Optik MontajNewport605-2Pompa ışınının örnek yüzeyinde taraması için
Altın Aynalar, 1"ThorlabsPF10-03-M01Pompa lazeri için yüksek yansıtıcılıklı aynalar
Yarım Dalga Plakası (1550)ThorlabsWPH05M-1550Polarizasyon optiği
Yarım Dalga Plakası (532 nm)ThorlabsPolarizasyon optiği
IR 1 GHz Düşük Gürültülü FotoalıcıYeni Odak1611Pompa lazerinin modüle edilmiş yoğunluğunu izlemek için
Lazer Diyot KontrolörüILX Lightwave LDC-3742BTohum pompası lazer yoğunluğunu kontrol etmek için
Kilitli AmplifikatörStanford Araştırma
Sistemleri		SR844Yüksek frekanslı ölçümler için
Kilitli AmplifikatörStanford Araştırma
Sistemleri		SR830Düşük frekanslı ölçümler için
Mekanik Chopper KontrolörüStanford Araştırma SistemleriSR540Prob ışını yoğunluğunu modüle etmek için
MgO:PPLN KristaliCovesion1550 nm pompa lazerini 775 nm referans ışık kaynağına iki katına çıkarmak için ikinci harmonik üretim kristali
Polarize Işın Ayırıcı KüpüThorlabsPBS254Polarizasyon optiği
RF Sinyal JeneratörüÇevikN9310APompa lazer yoğunluğunu modüle etmek için
Step Motor KontrolörüThorlabsBSC200Örnek çeviri aşaması için kontrolör
Sıcaklık KontrolörüCovesionOC1MgO:PPLN Kristal sıcaklığını kontrol etmek için
Görünür 1 GHz Düşük Gürültülü FotoalıcıYeni Odak1601Termorefleksiyon sinyalini izlemek için

Kaynaklar

  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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Termal zellik l mTermal letkenlik HaritalamaPompa Prob LazeriLock In Amplifikat rTane S n r TermalAray zey letkenli iMonte Carlo Sim lasyonuTermal Dif zyon ModeliMikron l ekli G r nt leme
Termal Özellik Ölçümleri İçin Frekans Alanı Termoyansıması Tekniği
Bize ulaşın
Kütüphaneye tavsiye et

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Telif hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.