测量原理

热反射（Thermo-Reflectance）方法基于超高速激光闪射系统，可测量基片上金属、陶瓷、聚合物薄膜的热物性参数，如热扩散系数（Thermal Diffusivity）、热导率（Thermal Conductivity）、吸热 系数（Thermal Effusivity）和界面热阻。

由于激光闪射时间仅为纳秒（ns）量级，甚至可达到皮秒（ps）量级，此系统可测量厚度低至10nm的薄膜。同时，系统提供不同的测量模式，以适应于不同的基片情况（透明/不透明）。

该方法符合国际标准：
JIS R 1689：通过脉冲激光热反射方法测量精细陶瓷薄膜的热扩散系数；
JIS R 1690：陶瓷薄膜和金属薄膜界面热阻的测量方法。

发展简史

• 1990 年，日本产业技术综合研究所/日本国家计量院（AIST/NMIJ）发明热反射法，测量薄膜导热性能。

• 2008 年，AIST 设立 PicoTherm 公司。

• 2010 年，PicoTherm 公司推出纳秒级热反射系统 NanoTR。

• 2012 年，PicoTherm 公司推出皮秒级热反射系统 PicoTR。

• 2014 年，PicoTherm 公司和 NETZSCH 公司建立战略合作。NETZSCH 将负责 PicoTherm 半岛bd体育手机客户端 在全球的销售和服务。

测量模式

RF 测量模式	FF 测量模式
主激光源从反面加热薄膜，检测激光从正面测量薄膜的温度升高过程，从而计算薄膜的导热性能参数。此模式适用于透明基片。	主激光源从正面加热薄膜，检测激光从正面测量薄膜的温度下降过程，从而计算薄膜的导热性能参数。此模式适用于不透明基片。

NanoTR / PicoTR - 技术参数

技术参数	NanoTR	PicoTR
温度范围	RT，RT … 300°C（选件）	RT，RT … 500°C（选件）
真空度	N/A	10-6mbar（选件）
测量模式	RF/FF	RF/FF
样品尺寸	10x10 ... 20x20 mm	10x10 ... 20x20 mm
薄膜厚度	RF： 金属：1 ... 20?m 陶瓷：300nm ... 5?m 聚合物：30nm ... 2?m FF：> 1?m	RF： 金属：100nm ... 900nm 陶瓷：10nm ... 300nm 聚合物：10nm ... 100nm FF：> 100nm
基片厚度	< 1mm	< 1mm
热扩散温升时间	10ns ... 10?s	10ps ... 10ns
热扩散系数	0.01…1000 mm2/s	0.01…1000 mm2/s
测量精度	5%(RF), 10%(FF)	5%(RF), 10%(FF)
操作系统	Windows 7	Windows 7

NanoTR / PicoTR - 应用实例

TaOx_5p 薄膜

RF 模式下，不同厚度 TaOx_5p（5%氧化物）薄膜的测量曲线。可见即使薄膜厚度低至 10nm，仍然可以得到良好的信噪比。且不同厚度的薄膜得到的面热扩散时间数据符合线性关系。

不同厚度 TaOx_5p 薄膜样品的原始温升信号对比

面热扩散时间 vs. 样品厚度关系图

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金属钼薄膜

以下两图分别使用 RF 与 FF 模式，对石英基片上的 90nm 厚的 Mo 薄膜进行了测试。两者的测试结果完全一致，平均值为 16.0 mm²/s。

RF 模式测量结果

FF 模式测量结果