頻域熱反射顯微鏡 (FDTR)

InFocus κ - 創新的熱物理顯微鏡

配備了能夠精確掃描衍射極限激光點的檢流計掃描儀(yi) ，我們(men) 的激光掃描FDTR顯微鏡實現了突破性的三維納米級熱分析。

亮點

衍射限製的激光光斑允許評估小顆粒的熱特性。

各向異性熱導率的評估以及熱性能顯微鏡檢測也可實現。

利用冷卻/加熱台（選配）可以評估熱導率隨溫度的變化。

概覽

InFocus κ FDTR利用熱反射現象（即物體(ti) 表麵光的反射率隨溫度變化而改變），通過頻域熱反射（FDTR）顯微鏡來測量薄膜和微結構的熱導率等熱性能，並觀察其分布情況。

InFocus κ FDTR的關(guan) 鍵特性在於(yu) 它能夠將激光束光斑尺寸縮小至接近衍射極限，並通過激光掃描光學係統自由控製其照射位置。通過在柱坐標中運用三維熱擴散模型進行定量分析，它能夠對各向異性熱導率進行評估。較小的激光光斑還可用於(yu) 評估單個(ge) 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(wei) 選件添加。拉曼光譜能夠提供有關(guan) 樣品分子結構、結晶度和殘餘(yu) 應力的額外信息，便於(yu) 在一台儀(yi) 器上進行多方麵的材料分析。

使用泵浦連續波激光器以高達 50 MHz 的頻率周期性地加熱樣品表麵，並使用鎖相放大器檢測溫度響應的相位延遲。

基於(yu) 微 FDTR 的各向異性導熱係數評估

InFocus κ FDTR 能夠將激光束緊密聚焦到接近衍射極限。使用 20 倍（數值孔徑 = 0.45）的物鏡，泵浦光束的 1/e2 光束直徑為(wei) 2.14 微米，探測光束為(wei) 1.19 微米，使用 50 倍或 100 倍物鏡，光斑尺寸可以縮小到亞(ya) 微米。

在 Micro FDTR 的測量中，許多樣品在三維空間中會(hui) 出現熱擴散現象。因此，使用圓柱坐標的三維熱擴散模型用於(yu) 擬合分析。如果樣品具有各向異性熱導率，通過將其作為(wei) 擬合參數，可以同時測量垂直平麵和平麵內(nei) 熱導率。

它還具有計算每個(ge) 擬合參數測量靈敏度的功能，通過事先確認是否存在靈敏度，可以進行可靠的測量。

多功能掃描係統實現的多種測量模式

亞(ya) 微米光束直徑的好處之一是能夠測量單個(ge) 小顆粒的熱導率。即使是微米級的散熱填料，也可以通過將激光仔細聚焦在顆粒的中心來進行測量。

除了使用電動平台進行掃描外，InFocus κ FDTR 還配備了使用振鏡（僅(jin) 探測光）的激光束掃描係統。通過在適當的掃描光學係統中組合掃描透鏡和筒鏡，無論光束照射位置在哪裏，光始終垂直於(yu) 測量平麵照射。

在光束偏移 FDTR 測量中，通過在探測光的照射位置相對於(yu) 泵浦光偏移的同時進行測量，可以靈敏地測量麵內(nei) 熱導率。此外，使用平台掃描的 FDTR 映射測量能夠使各種熱特性的分布可視化。

利用激光束掃描技術精確控製激光光斑

使用激光掃描光學係統，這是ScienceEdge的專(zhuan) 有能力，隻需在軟件的顯微鏡圖像上任意點擊，就可以立即改變探測光束的位置。照射到樣品表麵的入射光保持垂直，因此無需擔心斑點形狀失真。

規格

*產(chan) 品規格如有變更，恕不另行通知。請事先知曉這一點，並每次都核實詳情。

*所示產(chan) 品外觀為(wei) 概念模型，可能與(yu) 實際產(chan) 品外觀有所不同。

產(chan) 品圖片

應用

自旋鏈 - 自旋梯式銅酸鹽中各向異性熱導率的評估

自旋鏈 - 自旋梯式銅酸鹽，顧名思義(yi) ，具有特殊的層狀結構，其中離子呈梯狀排列。沿梯級腿（c 軸方向），由於(yu) 磁振子的作用，已知其表現出高的熱導率，而在 ab 平麵內(nei) ，由於(yu) 聲子的作用，其熱導率較低。

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

通過射頻濺射在經過樹脂包埋且 ab 表麵暴露並拋光的單晶 LCCO 表麵沉積約 120 納米厚的 Cr/Au。在泵浦激光的調製頻率從(cong) 200 千赫變化到 10 兆赫的同時，我們(men) 測量了熱反射信號的相位延遲，並使用圓柱坐標中的三層模型（換能器/界麵/LCCO）進行了擬合分析。

擬合分析的結果表明，垂直平麵方向（c 軸方向）的熱導率為(wei) 45.3 W/mK，平麵內(nei) 方向（ab 平麵方向）為(wei) 5.1 W/mK。這種垂直平麵的熱導率與(yu) 先前研究中報告的值一致*。此外，已知在 LCCO 中，源自聲子的平麵內(nei) 熱導率約為(wei) 源自磁振子的垂直平麵熱導率的十分之一。該測量還表明，平麵內(nei) 熱導率約為(wei) 垂直平麵方向的十分之一，與(yu) 常規理解一致。

（致謝）：我們(men) 衷心感謝東(dong) 京電機大學的 Takayuki Kawamata 教授提供單晶 LCCO，以及東(dong) 北大學的 Nobuaki Terakado 教授對本次測量和數據分析提供的寶貴建議。

LCCO 的晶胞結構。梯麵沿 c 軸方向排列。

擬合分析結果（綠色為(wei) 擬合參數）

測量單晶化學氣相沉積金剛石的熱導率

熱導率較高的材料，如金剛石，給熱導率的定量評估帶來了挑戰。困難源於(yu) 充分加熱樣品的難度以及包括溫度弛豫和相位滯後在內(nei) 的極小溫度響應，使得測量變得困難。

通過與(yu) 京都大學的 Hirotani 副教授和 Yuki Akura 先生的合作研究*，ScienceEdge 開發了一種能夠高靈敏度測量甚至微小相位延遲的光學係統。這一進展使得測量熱導率超過 2000 W/mK 的材料成為(wei) 可能。

右側(ce) 的圖表顯示了使用 InFocus κ FDTR 測量的高純度單晶化學氣相沉積（CVD）金剛石基底的相位數據。通過用諸如換能器（Au/Cr）和金剛石之間的界麵熱導以及金剛石的熱導率等參數進行擬合，確定金剛石的熱導率約為(wei) 2334 W/mK（見右下角表格）。

*請注意，這項研究的一部分是在 NEDO（新能源和工業(ye) 技術開發組織）的支持下進行的，作為(wei) 政府和私營部門合作的一個(ge) 項目的一部分，用於(yu) 發現和支持在創業(ye) 方麵有挑戰的年輕研究人員。

用 InFocus κ FDTR 測量的單晶化學氣相沉積金剛石的相位數據

擬合分析結果（綠色為(wei) 擬合參數）