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熱物性顕微鏡 サーマルマイクロスコープ TM3
ナノ薄膜とミクロ領域の熱物性分布測定が可能!
 
微細構造材料の熱物性分布を知りたい 熱物性分布測定装置がない 熱物性顕微鏡 熱物性分布測定が可能
 
 サーマルマイクロスコープは微少領域におけるサンプルの熱物性を点、線、面で測定することを可能とした、世界初の熱物性測定装置です。
  従来の熱物性測定装置では難しいとされていた、ミクロンオーダーで熱物性値を非接触で測定できるため、これまでにない新しい熱設計にご利用いただけます。ミクロンオーダーの場所ごとの測定値を集めて熱物性分布も表現できます。
  ナノテクノロジーの進展により、機能性微細構造材料が続々と登場しています。サーマルマイクロスコープはミクロ領域の熱を阻害する要因を解析するための熱浸透率を世界で初めて非接触で測定できる装置です。
  機能性微細構造材料のミクロ領域に熱移動を阻害する要因が存在すると材料・素子の性能低下を招きます。
  例えば、超高温での傾斜機能材料の特性の劣化、半導体レーザの出力の低下、半導体素子の動作異常、薄膜の密着性低下、放熱性の悪化、等。
このようなミクロ領域の熱移動を阻害する要因を解析する装置は存在しませんでした。
 
サーマルマイスコープTM3
 

熱物性顕微鏡 熱浸透率測定原理
 試料にMo薄膜を成膜し、加熱用レーザにより表面を周期的に加熱します。
 熱はMo薄膜から試料上に移動し、基板の熱伝導率の違いにより、表面の温度応答が変化します。
Moの反射率は、温度により変化する性質がありますので、加熱用レーザと同軸に照射した、検出用レーザの強度変化をとらえることで表面の相対的温度変化を測定します。
 この測定法により、高分解能の熱浸透率測定を可能にしました。
 リファレンス試料を準備することにより熱容量及び熱伝導率測定が可能になります。
 
波形 レーザ模型
熱物性顕微鏡 仕組み
 

測定例・分布測定
熱浸透率分布を色分け表示
カーソルが横断する部分を等高線で表示
   
     
熱物性傾斜範囲:短   熱物性傾斜範囲:長
   

薄膜熱物性測定原理
 熱拡散長が膜厚よりも長ければ、1周期の間に熱は薄膜を通過します。
SiO2の場合、加熱光の変調周波数が190kHz以上の時、熱拡散長は1.5μm以下となりますので、高速の加熱周波数を使用することで、サブマイクロメーターの薄膜熱浸透率測定が可能となります。
 サーマルマイクロスコープは加熱光の変調周波数を変えることができます。周波数を可変することにより、熱拡散長を変えることができます。
 薄膜表面を周期的に加熱することにより生ずる温度波が一周期の間に拡散する距離を熱拡散長Lthと呼び、次の式で表されます。
 
 
λ:熱伝導率、b:熱浸透率、f:加熱周波数、Cp:薄膜の比熱容量、ρ:薄膜の密度
サーマルマイクロスコープは温度波が一周期の間に熱拡散する距離の熱物性値を評価できます。
 
 
SiO2
厚み:1500nm
加熱周波数
100kHz
加熱周波数
190kHz
加熱周波数
300kHz
   
             

応用例
電子材料、伝熱材料、断熱材料、繊維系複合材料、傾斜機能材料、粒子系複合材料、積層材の断面、半導体レーザ 等
 
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