Aufbau und erste Ergebnisse einer Laser Flash Anlage zur Bestimmung der Temperaturleitfähigkeit von Dünnschichten. Linseis GmbH Aprosoft GmbH KIT
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- Rudolf Lang
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1 Aubau und erte Ergebnie einer Laer Flah Anlage zur Betimmung der Temperaturleitähigkeit von Dünnchichten Gemeiname Entwicklungprojekt: Linei GmbH - KIT M. Rohde, I. Südmeyer, D. Gaede, Intitut ür angewandte Materialien Angewandte Werktophyik (), Thermophyik und Thermodynamik Linei GmbH Aproot GmbH KIT C. Linei L. Duza D. Gaede F. Linei P. Lukit H. Rädtel KIT Univerität de Lande Baden-Württemberg und nationale Forchungzentrum in der Helmholtz-Gemeinchat
2 Gliederung Meprinzip Aktueller Meaubau Ergebnie Veruche mit unterchiedlichen Relexionchichten Unteruchungen an Multilayer-Schichten Zuammenaung und Aublick 2
3 Front heating Front detection (FF) HeNe-Laer (632nm) HeNe-Laer (632nm) Fokuline Fokuline Fokuline = 50mm Nd:Yag Laer (1063nm) 8n, 90mJ Photodetektor Probe Filter 632nm 0 PC 8 6 Photodetektor + Tranimpedanzvertärker µ 200µ 300µ 400µ 500µ 600µ Ozillokop 3
4 Rear heating Front detection (RF) HeNe-Laer (632nm) HeNe-Laer (632nm) Fokuline Fokuline Fokuline = 50mm Nd:Yag Laer (1063nm) 8n, 90mJ Photodetektor Filter 632nm Probe Filter 632nm PC Photodetektor (rietime 1n) Ozillokop 4
5 Aktueller Aubau 632 nm 2 mw HeNe laer biconvex len = 50mm convex len = 75/150mm (1064nm) line ilter (632nm) polarizer beam plitter NdYag laer 1064nm 8n, 90mJ, 20Hz beam dump mirror photo detector rie time: 1n PC ocillocope photo receiver rie time: 800 p 5 ; Arbeitkrei Thermophyik, Mai 2012, Graz
6 Aktueller Aubau Dierenz-Photodetektor Rear heating - Front detection Photodetektor Front heating - Front detection Probenhalterung Strahlteiler Umlenkpiegel HeNe-Laer 6 ; Arbeitkrei Thermophyik, Mai 2012, Graz
7 Vordereitenmeung (FF) temperature change T / V 6 4 Einzelmeung µ 4µ 6µ 8µ 10µ time / normalized temperature change T Al (500nm) au Quarzgla 10 Meungen normiert 0 5µ 10µ 15µ 20µ time / Geringe Hatetigkeit au Gla bei minimaler Nd:Yag-Laerenergie Signalchwächung 500nm Al Quarzgla 1000µm 7
8 Vordereitenmeung (FF) temperature change / V Einzelmeung µ 40µ 60µ 80µ 100µ 120µ time / normalized temperature change T Mo ( 500nm) au Quarzgla 10 Meungen normiert µ 40µ 60µ 80µ 100µ 120µ time / Gla 1000µm gute Hatetigkeit au Gla ( 500 nm) kontante, reproduzierbare Signale Mo 8
9 Vordereitenmeung (FF) 200nm Au au Gla normalized temperature change T nm Au au Gla Vordereitenmeung 200nm Au Quarzgla 1000µm 0 5µ 10µ 15µ 20µ 25µ 30µ 35µ 40µ time / 9
10 Vordereitenmeung (FF) Mo-Schichten au Gla Meungen Mo-Schichten au Glaträger Temperaturänderung T nm (30 Meungen) 990 nm (20 Meungen) 1996 nm (20 Meungen) µ 40µ 60µ 80µ 100µ 120µ Zeit in Verlau der Abkühlkurven korrepondiert mit Mo-Schichtdicken 10
11 Rückeitenmeung (RF) 990nm Rückeitenmeung Mo au mit Gla Mo 990nm normalized temperature change T nm Mo Gla 1000µm 0 100µ 200µ 300µ 400µ 500µ time in 11
12 Vordereitenmeung (FF) normalized temperature change T Si Si (390µm) / SiO/SiO2 2 (1µm) + (1µm) Mo (400nm) + Mo (400nm) Pockelcelldelay 205 µ 215 µ 220 µ 0 20µ 40µ 60µ 80µ 100µ time / 12
13 Vordereitenmeung (FF) normalized temperature change T Cr ( nm) /Cr (10nm) + Mo (400nm) Cr/CrAlN-Schichtverbund 0 10µ 20µ time / ID4051_550 C-210µ ID µ ID µ CrAlN Cr (10nm) 13
14 Vordereitenmeung (FF) normalized temperature ignal T TiAlN (500nm) Ti/TiAlN Mutlilayer / Ti (10nm) + Mo (400nm) (10nm/500nm/2500nm) Gemittelt au 20 Meungen Geglättet (100Werte) µ 20µ 30µ 40µ 50µ 60µ 70µ 80µ 90µ 100µ 110µ 120µ time / TiAlN Ti (10nm) 14
15 15 Modelle zur Auwertung der LFDS-Signale Film Subtrat dilm dubtrat Baba (2009): n n d mit t n t b x t T α τ τ γ π exp ), ( = + = = = qlaer b b τ τ α α b b b b c b c b + = = = γ ρ λ ρ λ Euivitäten Modellierung de FF-Signal 2 exp 2 0), ( = = = b d C mit t Erc t d C x t T τ τ τ π Taketohi (1999):
16 Modellierung de FF-Signal Auwertung der LFDS-Signale ür Mo-Schichten Fitparameter: λ c ρ Mo Mo Mo = 1.4 W / cmk = 0.24 J / gk = g / cm 3 T Mo-Film 800 nm au SiO 2 Modell (Taketohi,1999) 2-Lagen-Modell (Baba, 2009) Zeit (µ) Sehr gute Übereintimmung von Baba 2-Lagen-Modell mit Mekurve 16
17 Modellierung de FF-Signal Mo-PVD-Schichten au Quarzgla abgechieden. d = 800 nm und 200 nm Einlu unterchiedlicher Schichtdicken 200 nm Mo-Film au SiO nm Mo-Film 2-Lagen-Modell (Baba, 2009) T Norm Zeit, µ Sehr gute Übereintimmung von Baba 2-Lagen-Modell mit Mekurve 17
18 Modellierung de FF-Signal Auwertung der LFDS-Signale ür Cr/CrAlN-Multilayer Cr-CrAlN Multi-Layer, 1.5 µm getempert 550 C α = 85 mm 2 / a received α = 78 mm 2 / T Norm Zeit, µ CrAlN Cr (10nm) 18
19 Modellierung de FF-Signal Aktuelle Sotware von Aproot Mo, 200nm 19
20 Zuammenaung Relexionchicht: Mo: ehr gute Relexionignale, ehr gute Stabilität Al: gute Relexionignale, chwächer al Mo, gute Stabilität Au: gute Relexionignale au Quarzgla Auwertemodell nach Baba zeigt ehr gute Übereintimmung mit Mekurven Meungen mit Multilayer mit Mo-Relexionchicht Si/SiO 2 Ti/TiAlN, Cr/CrAlN (Temperaturleitähigkeiten ermittelt) Weitere Meungen: (Bi,Sb) 2 Te 3 au Quarzgla, LiCoO 2 au Stahl und CoSb 3 au Si Beheizbarer Probenträger 20
κ Κα π Κ α α Κ Α
κ Κα π Κ α α Κ Α Ζ Μ Κ κ Ε Φ π Α Γ Κ Μ Ν Ξ λ Γ Ξ Ν Μ Ν Ξ Ξ Τ κ ζ Ν Ν ψ Υ α α α Κ α π α ψ Κ α α α α α Α Κ Ε α α α α α α α Α α α α α η Ε α α α Ξ α α Γ Α Κ Κ Κ Ε λ Ε Ν Ε θ Ξ κ Ε Ν Κ Μ Ν Τ μ Υ Γ φ Ε Κ Τ θ
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