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，我們的激光掃描FDTR顯微鏡實現了突破性的三維納米級熱分析。

亮點

衍射限制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/加熱臺（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（即物體表面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，并觀察其分布情況。

InFocus κ FDTR的關鍵特性在于它能夠將激光束光斑尺寸縮小至接近衍射極限，并通過激光掃描光學系統自由控制其照射位置。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于評估單個小顆粒（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樣品分子結構、結晶度和殘余應力的額外信息，便于在一臺儀器上進行多方面的材料分析。

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面，并使用鎖相放大器檢測溫度響應的相位延遲。

基于微 FDTR 的各向異性導熱系數評估

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 2.14 微米，探測光束為 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 的測量中，許多樣品在三維空間中會出現熱擴散現象。因此，使用圓柱坐標的三維熱擴散模型用于擬合分析。如果樣品具有各向異性熱導率，通過將其作為擬合參數，可以同時測量垂直平面和平面內熱導率。

它還具有計算每個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。

多功能掃描系統實現的多種測量模式

亞微米光束直徑的好處之一是能夠測量單個小顆粒的熱導率。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。

除了使用電動平臺進行掃描外，InFocus κ FDTR 還配備了使用振鏡（僅探測光）的激光束掃描系統。通過在適當的掃描光學系統中組合掃描透鏡和筒鏡，無論光束照射位置在哪里，光始終垂直于測量平面照射。

在光束偏移 FDTR 測量中，通過在探測光的照射位置相對于泵浦光偏移的同時進行測量，可以靈敏地測量面內熱導率。此外，使用平臺掃描的 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制激光光斑

使用激光掃描光學系統，這是ScienceEdge的專有能力，只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。照射到樣品表面的入射光保持垂直，因此無需擔心斑點形狀失真。

規格

*產品規格如有變更，恕不另行通知。請事先知曉這一點，并每次都核實詳情。

*所示產品外觀為概念模型，可能與實際產品外觀有所不同。

產品圖片

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，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），由于磁振子的作用，已知其表現出高的熱導率，而在 ab 平面內，由于聲子的作用，其熱導率較低。

在此，我們使用 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。在泵浦激光的調制頻率從 200 千赫變化到 10 兆赫的同時，我們測量了熱反射信號的相位延遲，并使用圓柱坐標中的三層模型（換能器/界面/LCCO）進行了擬合分析。

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

（致謝）：我們衷心感謝東京電機大學的 Takayuki Kawamata 教授提供單晶 LCCO，以及東北大學的 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。梯面沿 c 軸方向排列。

擬合分析結果（綠色為擬合參數）

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的極小溫度響應，使得測量變得困難。

通過與京都大學的 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系統。這一進展使得測量熱導率超過 2000 W/mK 的材料成為可能。

右側的圖表顯示了使用 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）和金剛石之間的界面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 2334 W/mK（見右下角表格）。

*請注意，這項研究的一部分是在 NEDO（新能源和工業技術開發組織）的支持下進行的，作為政府和私營部門合作的一個項目的一部分，用于發現和支持在創業方面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（綠色為擬合參數）