頻域熱反射顯微鏡 (FDTR)

InFocus κ - 創(chuàng)新的熱物理顯微鏡

配備了能夠精確掃描衍射極限激光點(diǎn)的檢流計(jì)掃描儀，我們的激光掃描FDTR顯微鏡實(shí)現(xiàn)了突破性的三維納米級(jí)熱分析。

亮點(diǎn)

衍射限制的激光光斑允許評(píng)估小顆粒的熱特性。

各向異性熱導(dǎo)率的評(píng)估以及熱性能顯微鏡檢測(cè)也可實(shí)現(xiàn)。

利用冷卻/加熱臺(tái)（選配）可以評(píng)估熱導(dǎo)率隨溫度的變化。

概覽

InFocus κ FDTR利用熱反射現(xiàn)象（即物體表面光的反射率隨溫度變化而改變），通過(guò)頻域熱反射（FDTR）顯微鏡來(lái)測(cè)量薄膜和微結(jié)構(gòu)的熱導(dǎo)率等熱性能，并觀察其分布情況。

InFocus κ FDTR的關(guān)鍵特性在于它能夠?qū)⒓す馐獍叱叽缈s小至接近衍射極限，并通過(guò)激光掃描光學(xué)系統(tǒng)自由控制其照射位置。通過(guò)在柱坐標(biāo)中運(yùn)用三維熱擴(kuò)散模型進(jìn)行定量分析，它能夠?qū)Ω飨虍愋詿釋?dǎo)率進(jìn)行評(píng)估。較小的激光光斑還可用于評(píng)估單個(gè)小顆粒（如散熱填料）的熱性能。

此外，還可將高分辨率拉曼光譜作為選件添加。拉曼光譜能夠提供有關(guān)樣品分子結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度和殘余應(yīng)力的額外信息，便于在一臺(tái)儀器上進(jìn)行多方面的材料分析。

使用泵浦連續(xù)波激光器以高達(dá) 50 MHz 的頻率周期性地加熱樣品表面，并使用鎖相放大器檢測(cè)溫度響應(yīng)的相位延遲。

基于微 FDTR 的各向異性導(dǎo)熱系數(shù)評(píng)估

InFocus κ FDTR 能夠?qū)⒓す馐o密聚焦到接近衍射極限。使用 20 倍（數(shù)值孔徑 = 0.45）的物鏡，泵浦光束的 1/e2 光束直徑為 2.14 微米，探測(cè)光束為 1.19 微米，使用 50 倍或 100 倍物鏡，光斑尺寸可以縮小到亞微米。

在 Micro FDTR 的測(cè)量中，許多樣品在三維空間中會(huì)出現(xiàn)熱擴(kuò)散現(xiàn)象。因此，使用圓柱坐標(biāo)的三維熱擴(kuò)散模型用于擬合分析。如果樣品具有各向異性熱導(dǎo)率，通過(guò)將其作為擬合參數(shù)，可以同時(shí)測(cè)量垂直平面和平面內(nèi)熱導(dǎo)率。

它還具有計(jì)算每個(gè)擬合參數(shù)測(cè)量靈敏度的功能，通過(guò)事先確認(rèn)是否存在靈敏度，可以進(jìn)行可靠的測(cè)量。

多功能掃描系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的多種測(cè)量模式

亞微米光束直徑的好處之一是能夠測(cè)量單個(gè)小顆粒的熱導(dǎo)率。即使是微米級(jí)的散熱填料，也可以通過(guò)將激光仔細(xì)聚焦在顆粒的中心來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

除了使用電動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行掃描外，InFocus κ FDTR 還配備了使用振鏡（僅探測(cè)光）的激光束掃描系統(tǒng)。通過(guò)在適當(dāng)?shù)膾呙韫鈱W(xué)系統(tǒng)中組合掃描透鏡和筒鏡，無(wú)論光束照射位置在哪里，光始終垂直于測(cè)量平面照射。

在光束偏移 FDTR 測(cè)量中，通過(guò)在探測(cè)光的照射位置相對(duì)于泵浦光偏移的同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，可以靈敏地測(cè)量面內(nèi)熱導(dǎo)率。此外，使用平臺(tái)掃描的 FDTR 映射測(cè)量能夠使各種熱特性的分布可視化。

利用激光束掃描技術(shù)精確控制激光光斑

使用激光掃描光學(xué)系統(tǒng)，這是ScienceEdge的專有能力，只需在軟件的顯微鏡圖像上任意點(diǎn)擊，就可以立即改變探測(cè)光束的位置。照射到樣品表面的入射光保持垂直，因此無(wú)需擔(dān)心斑點(diǎn)形狀失真。

規(guī)格

*產(chǎn)品規(guī)格如有變更，恕不另行通知。請(qǐng)事先知曉這一點(diǎn)，并每次都核實(shí)詳情。

*所示產(chǎn)品外觀為概念模型，可能與實(shí)際產(chǎn)品外觀有所不同。

產(chǎn)品圖片

應(yīng)用

自旋鏈 - 自旋梯式銅酸鹽中各向異性熱導(dǎo)率的評(píng)估

自旋鏈 - 自旋梯式銅酸鹽，顧名思義，具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)，其中離子呈梯狀排列。沿梯級(jí)腿（c 軸方向），由于磁振子的作用，已知其表現(xiàn)出高的熱導(dǎo)率，而在 ab 平面內(nèi)，由于聲子的作用，其熱導(dǎo)率較低。

在此，我們使用 InFocus κ FDTR 評(píng)估了單晶 La5Ca9Cu24O41（LCCO）的熱導(dǎo)率各向異性，它在自旋鏈 - 自旋梯式銅酸鹽中在室溫下表現(xiàn)出最高的熱導(dǎo)率。

通過(guò)射頻濺射在經(jīng)過(guò)樹(shù)脂包埋且 ab 表面暴露并拋光的單晶 LCCO 表面沉積約 120 納米厚的 Cr/Au。在泵浦激光的調(diào)制頻率從 200 千赫變化到 10 兆赫的同時(shí)，我們測(cè)量了熱反射信號(hào)的相位延遲，并使用圓柱坐標(biāo)中的三層模型（換能器/界面/LCCO）進(jìn)行了擬合分析。

擬合分析的結(jié)果表明，垂直平面方向（c 軸方向）的熱導(dǎo)率為 45.3 W/mK，平面內(nèi)方向（ab 平面方向）為 5.1 W/mK。這種垂直平面的熱導(dǎo)率與先前研究中報(bào)告的值一致*。此外，已知在 LCCO 中，源自聲子的平面內(nèi)熱導(dǎo)率約為源自磁振子的垂直平面熱導(dǎo)率的十分之一。該測(cè)量還表明，平面內(nèi)熱導(dǎo)率約為垂直平面方向的十分之一，與常規(guī)理解一致。

（致謝）：我們衷心感謝東京電機(jī)大學(xué)的 Takayuki Kawamata 教授提供單晶 LCCO，以及東北大學(xué)的 Nobuaki Terakado 教授對(duì)本次測(cè)量和數(shù)據(jù)分析提供的寶貴建議。

LCCO 的晶胞結(jié)構(gòu)。梯面沿 c 軸方向排列。

擬合分析結(jié)果（綠色為擬合參數(shù)）

測(cè)量單晶化學(xué)氣相沉積金剛石的熱導(dǎo)率

熱導(dǎo)率較高的材料，如金剛石，給熱導(dǎo)率的定量評(píng)估帶來(lái)了挑戰(zhàn)。困難源于充分加熱樣品的難度以及包括溫度弛豫和相位滯后在內(nèi)的極小溫度響應(yīng)，使得測(cè)量變得困難。

通過(guò)與京都大學(xué)的 Hirotani 副教授和 Yuki Akura 先生的合作研究*，ScienceEdge 開(kāi)發(fā)了一種能夠高靈敏度測(cè)量甚至微小相位延遲的光學(xué)系統(tǒng)。這一進(jìn)展使得測(cè)量熱導(dǎo)率超過(guò) 2000 W/mK 的材料成為可能。

右側(cè)的圖表顯示了使用 InFocus κ FDTR 測(cè)量的高純度單晶化學(xué)氣相沉積（CVD）金剛石基底的相位數(shù)據(jù)。通過(guò)用諸如換能器（Au/Cr）和金剛石之間的界面熱導(dǎo)以及金剛石的熱導(dǎo)率等參數(shù)進(jìn)行擬合，確定金剛石的熱導(dǎo)率約為 2334 W/mK（見(jiàn)右下角表格）。

*請(qǐng)注意，這項(xiàng)研究的一部分是在 NEDO（新能源和工業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)組織）的支持下進(jìn)行的，作為政府和私營(yíng)部門(mén)合作的一個(gè)項(xiàng)目的一部分，用于發(fā)現(xiàn)和支持在創(chuàng)業(yè)方面有挑戰(zhàn)的年輕研究人員。

用 InFocus κ FDTR 測(cè)量的單晶化學(xué)氣相沉積金剛石的相位數(shù)據(jù)

擬合分析結(jié)果（綠色為擬合參數(shù)）