簡介光熱反射法中的時(shí)域熱反射和空間域熱反射。
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光熱反射法的研究背景介紹
薄膜的熱處理是現(xiàn)在電子技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域中遇到的重要問題幕庐，一定程度地影響著科技技術(shù)的發(fā)展久锥，而光熱反射法是能夠測量亞微米尺度的薄膜熱物性優(yōu)選方法。光熱反射法中時(shí)域熱反射TDTR和頻域熱反射FDTR尤為收到人們的關(guān)注异剥，在這里介紹TDTR和FDTR技術(shù)的研究背景瑟由。
將泵浦激光束聚焦在樣品表面，形成一個(gè)高斯形狀的熱源，而探針激光束聚焦在同一點(diǎn)歹苦，測量反射率的變化青伤。對(duì)于微小的溫度變化，反射率的變化與附加屈光度系數(shù)的表面溫度的變化成正比殴瘦。樣品通常涂有一層較薄的金屬傳感層(如100鋁膜或金膜)狠角。TDTR和FDTR是非接觸式光泵-探針技術(shù)，其中一束光（泵浦光）作為熱源蚪腋，而第二束光（探測光）通過表面反射率的變化來檢測由此產(chǎn)生的溫度變化丰歌，如圖1中所示。通常屉凯，探測光會(huì)選用傳感層金屬的熱反射系數(shù)絕對(duì)值較高的波長立帖，而泵浦光選用傳感層吸收系數(shù)較高的波長，以保證在同樣的光功率和光功率密度下更大的樣品反射率幅度變化悠砚，如鋁膜傳感層選用800nm的探測光和400nm的泵浦光晓勇；金膜選用532nm探測光和1064nm的泵浦光等。所以對(duì)于TDTR和FDTR的測試樣品都需要保證測樣品表面的光滑灌旧，一般建議樣品表面粗糙度小于5nm绑咱，而且需要進(jìn)行鍍金屬傳感層等的一些預(yù)處理。
圖1：左-頻域熱反射(FDTR)示意圖枢泰；右-時(shí)域熱反射(TDTR)示意圖描融；
在FDTR中，泵浦光束在多個(gè)頻率下進(jìn)行調(diào)制宗苍，用鎖定放大器測量泵浦光束與探頭波束之間的相位滯后稼稿。而在TDTR中，泵浦光束和探測光束來源于脈沖激光源讳窟，由光路中的多回射鏡組位移臺(tái)控制的兩光束之間光程差让歼，而分析泵浦脈沖之后的溫度場隨時(shí)間的響應(yīng)，同時(shí)泵浦光束的脈沖在一個(gè)或多個(gè)頻率上施加調(diào)制丽啡，以便于通過鎖相檢測同頻信號(hào)谋右，而且TDTR中鎖相放大器獲得信號(hào)的振幅、相位或同相X與失相Y分量的比值都可以作為可觀測參數(shù)补箍。FDTR和TDTR的相位數(shù)據(jù)測試曲線如圖2中所示改执。一般FDTR實(shí)驗(yàn)探測樣品在kHz到MHz范圍內(nèi)溫度頻率響應(yīng)，而TDTR則可以探測到GHz頻率的溫度響應(yīng)坑雅。
圖2：左-頻域熱反射(FDTR)測得的頻率-相位數(shù)據(jù)示意圖辈挂；右-時(shí)域熱反射(TDTR)測得的時(shí)間-相位數(shù)據(jù)示意圖；
其中TDTR的優(yōu)點(diǎn)由超快的皮秒級(jí)時(shí)間分辨率裹粤，能處理載流子之間的非平衡動(dòng)力學(xué)终蒂，提高了對(duì)熱界面導(dǎo)和薄膜熱性能的敏感性；而在FDTR的優(yōu)點(diǎn)是在測試系統(tǒng)避免了機(jī)械延遲階段的復(fù)雜性和脈沖激光系統(tǒng)的高成本，并且針對(duì)不同的測試樣品可適當(dāng)?shù)恼{(diào)制頻率范圍使的FDTR對(duì)多種類型的薄膜熱測量都具有較高靈敏度拇泣。
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