SDTR的測(cè)試數(shù)據(jù)形式簡(jiǎn)介和測(cè)試樣品要求

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SDTR的測(cè)試數(shù)據(jù)形式簡(jiǎn)介和測(cè)試樣品要求

空間域熱反射法SDTR適合測(cè)量薄膜樣品或塊體的面內(nèi)熱導(dǎo)率kr扛吞，是一種激光泵浦探測(cè)法呻惕，通過(guò)測(cè)量泵浦光在樣品上生成的溫度場(chǎng)來(lái)測(cè)定樣品的面內(nèi)熱導(dǎo)率；通過(guò)另一束探測(cè)光束探測(cè)在樣品處的微小反射率變反應(yīng)出樣品處的溫度場(chǎng)滥比，隨著泵浦與探測(cè)光在樣品上的焦點(diǎn)分離距離的增加，探針位置溫度場(chǎng)的相位滯后增大盲泛，振幅也迅速減小濒持。

圖1：SDTR的相位掃描曲線示意圖(1kHz、10kHz寺滚、50kHz三種頻率下的相位)

在掃描中心附近，相位分布主要由泵浦光束和探針光束的有限尺寸決定村视，但隨著掃描距離增大官套，相位曲線變成線性的，并且其斜率與薄膜和襯底的熱導(dǎo)率和擴(kuò)散率有關(guān)奶赔。

圖2：SDTR的相位(a)和振幅掃描曲線(b)示意圖(圖中數(shù)據(jù)為Ti/Si樣品)

圖2(a)和2(b)所示分別為整個(gè)掃描范圍內(nèi)的相位信號(hào)和幅值信號(hào)惋嚎，理論上兩種信號(hào)都是以零點(diǎn)(泵浦光斑和探測(cè)光斑重合位置)左右對(duì)稱，雖然理論面內(nèi)熱導(dǎo)率kxx需要從對(duì)整個(gè)坐標(biāo)軸范圍的斜率Δφ進(jìn)行擬合而得到纺阔，但實(shí)際的擬合結(jié)果主要決定于xc＞2ω(ω為光斑直徑)處的斜率修然，同樣的笛钝，在振幅信號(hào)中(圖2(b)所示)的曲線中，ω的敏感度主要為振幅曲線的半高寬愕宋。因此通過(guò)SDTR的同次測(cè)試結(jié)果中可同時(shí)確定樣品的掃描方向的面內(nèi)熱導(dǎo)率kxx和有效光斑直徑ω。

SDTR對(duì)測(cè)試樣品有一定的要求：首先要確定樣品的金屬傳感層的金屬材料在SDTR的探測(cè)光束的波長(zhǎng)處有較高的熱反射系數(shù)中贝，對(duì)于常見(jiàn)的金屬材料的熱反射系數(shù)見(jiàn)圖3(b)囤捻；同時(shí)還要考慮傳感層的金屬材料對(duì)SDTR泵浦光有較高的吸收系數(shù)(a)。

圖3：常見(jiàn)金屬材料對(duì)光的吸收系數(shù)(a)和熱反射系數(shù)(b)

對(duì)于SDTR的樣品還要保證表面光滑均勻蝎土，這樣不僅方便照射至樣品的探測(cè)光束能更好地被反射至探測(cè)器中，還能使在SDTR同一次測(cè)試掃描的空間范圍內(nèi)不會(huì)因表面粗糙度的不均勻而帶來(lái)較大的數(shù)據(jù)誤差绣否，至少保證在一次的SDTR測(cè)試的掃描空間范圍內(nèi)的粗糙度是均勻的誊涯；這也限制了樣品的理論zui小尺寸，該范圍的大小跟聚焦在樣品處的光斑大小相關(guān)蒜撮，例如泵浦和探測(cè)光斑直徑若為10μm暴构，則該范圍約為直徑100μm的圓形區(qū)域，但為了方便樣品的放置實(shí)際測(cè)試樣品的大小可根據(jù)需求可更大取逾，但不能小于該樣品的理論zui小尺寸苹支。

此外對(duì)于樣品的金屬傳感層的熱導(dǎo)率也有要求砾隅，如果金屬傳感層具有比樣品層高很多的熱導(dǎo)率，熱量將在傳播到樣品之前就在金屬層的面內(nèi)熱傳導(dǎo)债蜜，而不是樣品層。在這種情況下策幼，相位對(duì)金屬層面內(nèi)熱導(dǎo)率的敏感度會(huì)增加邑时，而對(duì)樣品層的面內(nèi)熱導(dǎo)率的敏感度將降低。所以不利于面內(nèi)熱導(dǎo)率的測(cè)量特姐，會(huì)導(dǎo)致zui終的測(cè)量結(jié)果與實(shí)際的有較大的差異晶丘。如果要保證對(duì)樣品的面內(nèi)熱導(dǎo)率較高的測(cè)量精度（或者較高的敏感性），則建議金屬層的熱導(dǎo)率不高于樣品層的10倍，這限制了對(duì)于某一種金屬作為傳感層時(shí)能測(cè)得的較低的樣品層熱導(dǎo)率浅浮，比如以Al膜(240W/(K·m))作為傳感層時(shí)測(cè)試樣品的的zui低熱導(dǎo)率建議不低于24W/(K·m)；如果要測(cè)試熱導(dǎo)率低于該值的樣品建議更換較低熱導(dǎo)率的傳感層滚秩，并且盡可能保證其他對(duì)于樣品傳感層的要求(例如較高的探測(cè)光波長(zhǎng)熱反射系數(shù)和泵浦光波長(zhǎng)的吸收系數(shù)、粗糙度)郁油。

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相關(guān)文獻(xiàn)：

[1] Jiang P , Wang D , Xiang Z ,et al.A new spatial-domain thermoreflectance method to measure a broad range of anisotropic in-plane thermal conductivity[J].International Journal of Heat and Mass Transfer, 2022, 191:122849.

[2]Hurley, David H ,Schley,et al.Local measurement of thermal conductivity and diffusivity[J].2023.

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