JP3430258B2 - 熱拡散率と界面熱抵抗の測定方法 - Google Patents
熱拡散率と界面熱抵抗の測定方法Info
- Publication number
- JP3430258B2 JP3430258B2 JP2000317107A JP2000317107A JP3430258B2 JP 3430258 B2 JP3430258 B2 JP 3430258B2 JP 2000317107 A JP2000317107 A JP 2000317107A JP 2000317107 A JP2000317107 A JP 2000317107A JP 3430258 B2 JP3430258 B2 JP 3430258B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- thin film
- measuring
- thermal resistance
- substance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３層に積層された
物質内の熱拡散率を測定する方法に関し、特に半導体素
子や、光ディスク型データ記録媒体等の非金属物質を含
む３層薄膜内の熱拡散率を正確に測定するのに適した熱
拡散率と界面熱抵抗の測定方法に関する。
物質内の熱拡散率を測定する方法に関し、特に半導体素
子や、光ディスク型データ記録媒体等の非金属物質を含
む３層薄膜内の熱拡散率を正確に測定するのに適した熱
拡散率と界面熱抵抗の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】各種の技術分野において、薄膜は最先端
の技術として注目されており、特に高集積度の半導体素
子やＤＶＤ−ＲＡＭ、ＭＯ等においては薄膜が重要な役
割を有し、特にそこには多層薄膜が用いられ、その特性
を解析することは当該技術分野において重要な研究課題
となっている。このような薄膜については、電気的、磁
気的、光学的性質の測定は進んでいるが、薄膜における
熱物性の測定の研究分野については比較的遅れているの
が実状であり、この技術分野の早急の進展が望まれてい
る。
の技術として注目されており、特に高集積度の半導体素
子やＤＶＤ−ＲＡＭ、ＭＯ等においては薄膜が重要な役
割を有し、特にそこには多層薄膜が用いられ、その特性
を解析することは当該技術分野において重要な研究課題
となっている。このような薄膜については、電気的、磁
気的、光学的性質の測定は進んでいるが、薄膜における
熱物性の測定の研究分野については比較的遅れているの
が実状であり、この技術分野の早急の進展が望まれてい
る。
【０００３】このような課題を解決するために、本発明
者等は先に裏面加熱・表面測温ピコ秒サーモリフレクタ
ンス法を開発し、膜厚１００ｎｍ程度の金属薄膜の膜厚
方向の熱拡散率と金属薄膜間の界面熱抵抗の測定に成功
すると共に先に特許出願を行っている。
者等は先に裏面加熱・表面測温ピコ秒サーモリフレクタ
ンス法を開発し、膜厚１００ｎｍ程度の金属薄膜の膜厚
方向の熱拡散率と金属薄膜間の界面熱抵抗の測定に成功
すると共に先に特許出願を行っている。
【０００４】即ち、この技術の基本原理は図５に示すよ
うに、金属薄膜１０を透明基板１１上に配置し、適宜の
手段で固定する。金属薄膜１０と透明基板１１との界面
１２に加熱パルス光Ｈを照射し加熱する。一方、金属薄
膜１０の表面１３に測温パルス光Ｐを照射し、その反射
光を測定することにより金属薄膜１０の表面温度を測定
し、それにより予め測定されている金属薄膜の厚さｄ
と、加熱パルス光Ｈの照射時点からの測温パルス光Ｐに
よる測温点の経過時間とにより金属薄膜の熱拡散率を直
接測定することができる。
うに、金属薄膜１０を透明基板１１上に配置し、適宜の
手段で固定する。金属薄膜１０と透明基板１１との界面
１２に加熱パルス光Ｈを照射し加熱する。一方、金属薄
膜１０の表面１３に測温パルス光Ｐを照射し、その反射
光を測定することにより金属薄膜１０の表面温度を測定
し、それにより予め測定されている金属薄膜の厚さｄ
と、加熱パルス光Ｈの照射時点からの測温パルス光Ｐに
よる測温点の経過時間とにより金属薄膜の熱拡散率を直
接測定することができる。
【０００５】また、この原理を用いて実際に適用する裏
面加熱／表面測温方式のサーモリフレクタンスシステム
のブロックダイアグラムを図６に示す。同図において、
ピコ秒のパルス光を発生するチタン／サファイヤ・レー
ザ２１から発せられるビームは、ビームスプリツタ２２
で加熱ビームＨと測温ビームＰに分割される。加熱ビー
ムは例えば１MHzの周波数で音響光学変調素子２３によ
って変調され、変調された加熱ビームは、プリズム２４
を移動することによりその長さを可変とした光学遅延路
２５を通して進行する。
面加熱／表面測温方式のサーモリフレクタンスシステム
のブロックダイアグラムを図６に示す。同図において、
ピコ秒のパルス光を発生するチタン／サファイヤ・レー
ザ２１から発せられるビームは、ビームスプリツタ２２
で加熱ビームＨと測温ビームＰに分割される。加熱ビー
ムは例えば１MHzの周波数で音響光学変調素子２３によ
って変調され、変調された加熱ビームは、プリズム２４
を移動することによりその長さを可変とした光学遅延路
２５を通して進行する。
【０００６】光学遅延路２５を通しての加熱ビームＨ
は、レンズ２６により金属薄膜２７と透明な基板２８の
界面３０に集光され、測温ビームＰは加熱された領域の
正反対の薄膜２７の表面３２上に集光される。反射され
た測温ビームは、シリコン・フォトダイオード３４で検
出される。変調周波数で同期されるフォトダイオード信
号のＡＣ成分は、ロックイン増幅器３５によって検出さ
れる。過渡的サーモリフレクタンス信号は、遅延路２５
に沿ってプリズム２４を動かすことによって記録され
る。上記のような熱拡散について定式化がなされること
は、先の特許出願に記載したとおりであるのでここでは
省略する。
は、レンズ２６により金属薄膜２７と透明な基板２８の
界面３０に集光され、測温ビームＰは加熱された領域の
正反対の薄膜２７の表面３２上に集光される。反射され
た測温ビームは、シリコン・フォトダイオード３４で検
出される。変調周波数で同期されるフォトダイオード信
号のＡＣ成分は、ロックイン増幅器３５によって検出さ
れる。過渡的サーモリフレクタンス信号は、遅延路２５
に沿ってプリズム２４を動かすことによって記録され
る。上記のような熱拡散について定式化がなされること
は、先の特許出願に記載したとおりであるのでここでは
省略する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】一方、半導体素子やＤ
ＶＤ−ＲＯＭ、ＭＯディスクなどの多層薄膜内の熱移動
が関わる対象の伝熱特性を解析するためには、多層薄膜
を構成する各層の熱物性値のみならず、層間の界面熱抵
抗の値を知ることが不可欠である。それに対して従来の
測定方法では多層薄膜の熱伝導率、熱拡散率を測定する
場合、各層毎の熱伝導率と層間の熱抵抗を分離して測定
することは極めて困難であった。
ＶＤ−ＲＯＭ、ＭＯディスクなどの多層薄膜内の熱移動
が関わる対象の伝熱特性を解析するためには、多層薄膜
を構成する各層の熱物性値のみならず、層間の界面熱抵
抗の値を知ることが不可欠である。それに対して従来の
測定方法では多層薄膜の熱伝導率、熱拡散率を測定する
場合、各層毎の熱伝導率と層間の熱抵抗を分離して測定
することは極めて困難であった。
【０００８】また、半導体薄膜などの非金属薄膜におい
ては、前記のような金属薄膜と異なり、レーザパルス
を、薄膜表面から１０ｎｍ程度深さで吸収させるには短
波長の光源を必要とし、しかも吸収された光のエネルギ
は電子のバンド間遷移等により励起状態に蓄積されるこ
とが多く、格子系にエネルギが緩和した局所熱平衡状態
に達するには１ピコ秒より遙かに長時間を要することが
一般的である。そのため、上記のような測定方法によっ
ては半導体薄膜等の非金属薄膜の熱拡散率の測定を行う
ことは困難であった。
ては、前記のような金属薄膜と異なり、レーザパルス
を、薄膜表面から１０ｎｍ程度深さで吸収させるには短
波長の光源を必要とし、しかも吸収された光のエネルギ
は電子のバンド間遷移等により励起状態に蓄積されるこ
とが多く、格子系にエネルギが緩和した局所熱平衡状態
に達するには１ピコ秒より遙かに長時間を要することが
一般的である。そのため、上記のような測定方法によっ
ては半導体薄膜等の非金属薄膜の熱拡散率の測定を行う
ことは困難であった。
【０００９】したがって本発明は、測定する物質がが非
金属物質であっても正確に熱拡散率の測定を行うことが
できると共に、３層薄膜内の熱拡散率を正確に測定する
ことができるようにすることを主たる目的とする。
金属物質であっても正確に熱拡散率の測定を行うことが
できると共に、３層薄膜内の熱拡散率を正確に測定する
ことができるようにすることを主たる目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項１に係る発明は、熱物性値が未知の物
質の両側に、熱物性値が既知の同種の層が形成された３
層からなる３層物質の熱拡散率測定方法において、該３
層物質の片側をパルス光により加熱するとともに、反対
側の過渡的温度上昇を観測することにより熱物性値と界
面熱抵抗を同時に測定することを特徴とする３層物質内
の熱拡散率測定方法としたものである。
め、本願の請求項１に係る発明は、熱物性値が未知の物
質の両側に、熱物性値が既知の同種の層が形成された３
層からなる３層物質の熱拡散率測定方法において、該３
層物質の片側をパルス光により加熱するとともに、反対
側の過渡的温度上昇を観測することにより熱物性値と界
面熱抵抗を同時に測定することを特徴とする３層物質内
の熱拡散率測定方法としたものである。
【００１１】また、請求項２に係る発明は、請求項１記
載の３層物質内の熱拡散率測定方法において、厚さのみ
が異なる前記熱物性値が未知の物質を複数用意し、各物
質の両側に対して同一の態様で、前記熱物性値が既知の
同種の層を形成し、該複数の３層物質の試料について各
々前記測定を行うことを特徴とする３層物質内の熱拡散
率測定方法としたものである。
載の３層物質内の熱拡散率測定方法において、厚さのみ
が異なる前記熱物性値が未知の物質を複数用意し、各物
質の両側に対して同一の態様で、前記熱物性値が既知の
同種の層を形成し、該複数の３層物質の試料について各
々前記測定を行うことを特徴とする３層物質内の熱拡散
率測定方法としたものである。
【００１２】また、請求項３に係る発明は、請求項１ま
たは請求項２記載の３層物質内の熱拡散率測定方法にお
いて、パルス加熱後の３層物質の裏面の過渡的温度上昇
曲線と、パルス加熱時刻に対応する横軸とが囲む面積を
求めることにより、３層物質内の熱物性値と界面熱抵抗
を同時に測定することを特徴とする３層物質内の熱拡散
率測定方法としたものである。
たは請求項２記載の３層物質内の熱拡散率測定方法にお
いて、パルス加熱後の３層物質の裏面の過渡的温度上昇
曲線と、パルス加熱時刻に対応する横軸とが囲む面積を
求めることにより、３層物質内の熱物性値と界面熱抵抗
を同時に測定することを特徴とする３層物質内の熱拡散
率測定方法としたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に沿って説
明する。本発明において、上記のように被測定物質が半
導体等の非金属物質の場合、その物質の熱拡散率を測定
するに際して、例えば図１に模式的に示すように、熱物
性値が未知の非金属薄膜１に対して図中上面に位置する
第１金属薄膜２と、その反対側に位置する第２金属薄膜
３とにより挟む３層構造の試料を作成する。各金属薄膜
は熱物性値が既知の同種の物質であり、かつ同じ厚さに
形成したものが用いられる。このような３層物質を透明
基板４上に配置する。このような構造の試料及び装置を
実際に形成するに際しては、透明基板４上に順に上記の
ような材質、厚さの膜を成膜することにより形成するこ
とができる。但し、上記の各層がバルク材であっても同
様にして本発明を適用することができる。
明する。本発明において、上記のように被測定物質が半
導体等の非金属物質の場合、その物質の熱拡散率を測定
するに際して、例えば図１に模式的に示すように、熱物
性値が未知の非金属薄膜１に対して図中上面に位置する
第１金属薄膜２と、その反対側に位置する第２金属薄膜
３とにより挟む３層構造の試料を作成する。各金属薄膜
は熱物性値が既知の同種の物質であり、かつ同じ厚さに
形成したものが用いられる。このような３層物質を透明
基板４上に配置する。このような構造の試料及び装置を
実際に形成するに際しては、透明基板４上に順に上記の
ような材質、厚さの膜を成膜することにより形成するこ
とができる。但し、上記の各層がバルク材であっても同
様にして本発明を適用することができる。
【００１４】図１に示すような試料を形成した装置を構
成することにより、前記本発明者等が先に提案した裏面
加熱・表面測温ピコ秒サーモリフレクタンス法により内
部の熱拡散率を測定可能となる。即ち、図中下方から透
明基板４を通してピコ秒光パルスにより第２金属薄膜３
の下面を加熱する。照射された光パルスは第２金属薄膜
３において１ピコ秒以内に熱に変換され、界面／非金属
薄膜層／界面を拡散して反対側の第１金属薄膜２に達す
る。この第２金属薄膜２の表面の温度変化を前記図５及
び図６に示すサーモリフレクタンス法により測定するこ
とによって３層薄膜を貫通する熱の拡散を測定すること
ができる。
成することにより、前記本発明者等が先に提案した裏面
加熱・表面測温ピコ秒サーモリフレクタンス法により内
部の熱拡散率を測定可能となる。即ち、図中下方から透
明基板４を通してピコ秒光パルスにより第２金属薄膜３
の下面を加熱する。照射された光パルスは第２金属薄膜
３において１ピコ秒以内に熱に変換され、界面／非金属
薄膜層／界面を拡散して反対側の第１金属薄膜２に達す
る。この第２金属薄膜２の表面の温度変化を前記図５及
び図６に示すサーモリフレクタンス法により測定するこ
とによって３層薄膜を貫通する熱の拡散を測定すること
ができる。
【００１５】なお、この配置はレーザフラッシュ法によ
り多層材料を測定する場合と幾何学的に等価であり、例
えば図４（ａ）に示すように透光性試料５の両面に黒化
薄膜６を付加して測定する場合や、同図（ｂ）に示すよ
うに融体試料７を不透明容器８に封入して測定する場合
が対応する。
り多層材料を測定する場合と幾何学的に等価であり、例
えば図４（ａ）に示すように透光性試料５の両面に黒化
薄膜６を付加して測定する場合や、同図（ｂ）に示すよ
うに融体試料７を不透明容器８に封入して測定する場合
が対応する。
【００１６】図１（ａ）に示されるような３層薄膜にお
いては金属薄膜と非金属薄膜間の界面熱抵抗の寄与が金
属薄膜及び非金属薄膜の膜厚方向の熱抵抗と比較して無
視することができない。これに対してバルクの多層材料
に通常のレーザフラッシュ法で測定する場合には、界面
熱抵抗は各層の熱抵抗より十分小さい場合が多い。した
がって、上記方法によってバルク材の３層物質について
は内部の熱拡散率の状態を測定することができるもので
あるが、膜厚１００ｎｍ程度の薄膜については更に工夫
が必要である。
いては金属薄膜と非金属薄膜間の界面熱抵抗の寄与が金
属薄膜及び非金属薄膜の膜厚方向の熱抵抗と比較して無
視することができない。これに対してバルクの多層材料
に通常のレーザフラッシュ法で測定する場合には、界面
熱抵抗は各層の熱抵抗より十分小さい場合が多い。した
がって、上記方法によってバルク材の３層物質について
は内部の熱拡散率の状態を測定することができるもので
あるが、膜厚１００ｎｍ程度の薄膜については更に工夫
が必要である。
【００１７】即ち、図１（ａ）に示されるような３層薄
膜に対して、本発明者等が先に提案しているピコ秒サー
モリフレクタンス法を適用しても、これにより得られた
試料温度変化曲線から各層の寄与と界面熱抵抗の寄与を
分離することは非常に困難である。
膜に対して、本発明者等が先に提案しているピコ秒サー
モリフレクタンス法を適用しても、これにより得られた
試料温度変化曲線から各層の寄与と界面熱抵抗の寄与を
分離することは非常に困難である。
【００１８】本発明者等はこの問題を解決するために種
々の検討を行った結果、図２（ａ）と同図（ｃ）に示す
ように、金属薄膜及び非金属薄膜の組成と成膜法が全く
同一で、非金属薄膜層の厚さのみが異なる複数の３層薄
膜を使用し、これを測定することにより解決されること
がわかった。
々の検討を行った結果、図２（ａ）と同図（ｃ）に示す
ように、金属薄膜及び非金属薄膜の組成と成膜法が全く
同一で、非金属薄膜層の厚さのみが異なる複数の３層薄
膜を使用し、これを測定することにより解決されること
がわかった。
【００１９】即ち、非金属薄膜層の厚い図２（ｃ）の試
料に対しては、同図（ａ）の試料より温度上昇が遅くな
り、この変化は非金属薄膜内の熱拡散時間の増加に帰着
されるという観点から、非金属薄膜の物性値が既知であ
れば、原理的には非金属薄膜の熱拡散率及び金属薄膜・
金属薄膜間の界面熱抵抗を分離して求めることができる
ことがわかり、実際にこれを求めるには、応答関数法を
用いることにより可能であることを見出すことによって
この手法を具体化したものである。
料に対しては、同図（ａ）の試料より温度上昇が遅くな
り、この変化は非金属薄膜内の熱拡散時間の増加に帰着
されるという観点から、非金属薄膜の物性値が既知であ
れば、原理的には非金属薄膜の熱拡散率及び金属薄膜・
金属薄膜間の界面熱抵抗を分離して求めることができる
ことがわかり、実際にこれを求めるには、応答関数法を
用いることにより可能であることを見出すことによって
この手法を具体化したものである。
【００２０】応答関数法によればパルス加熱後の試料裏
面温度変化曲線と最高温度上昇値の直線が囲む面積は次
式（１）により計算される。この面積は時間の次元を有
し、面積熱拡散時間とよぶ。図２（ｂ）のＡ１及び同図
（ｄ）のＡ２がそれぞれの試料に対応する面積熱拡散時
間である。
面温度変化曲線と最高温度上昇値の直線が囲む面積は次
式（１）により計算される。この面積は時間の次元を有
し、面積熱拡散時間とよぶ。図２（ｂ）のＡ１及び同図
（ｄ）のＡ２がそれぞれの試料に対応する面積熱拡散時
間である。
【００２１】
【数１】
【００２２】図２に示されるような界面熱抵抗を伴う３
層薄膜の試料温度変化の解析解を導出するにあたり、ま
た基板への熱浸透の影響は無視し、３層薄膜は外界から
断熱されていると仮定する。更にレーザパルスによる加
熱とサーモリフレクタンスによる測温は表裏面の無限に
薄い平面で行われ、膜厚方向への１次元熱拡散を仮定す
る。このとき３層薄膜の四端子行列は下記のように表さ
れる。
層薄膜の試料温度変化の解析解を導出するにあたり、ま
た基板への熱浸透の影響は無視し、３層薄膜は外界から
断熱されていると仮定する。更にレーザパルスによる加
熱とサーモリフレクタンスによる測温は表裏面の無限に
薄い平面で行われ、膜厚方向への１次元熱拡散を仮定す
る。このとき３層薄膜の四端子行列は下記のように表さ
れる。
【００２３】
【数２】
【００２４】この四端子行列を計算し、伝達関数行列に
変換してラプラス空間における試料温度変化を求め、
（１）式に代入して面積熱拡散時間を求めると、
変換してラプラス空間における試料温度変化を求め、
（１）式に代入して面積熱拡散時間を求めると、
【００２５】
【数３】
【００２６】Ａ３は界面熱抵抗が０のときの３層薄膜の
熱拡散時間で、
熱拡散時間で、
【数４】
【００２７】表面側及び裏面側の金属薄膜層の組成・膜
厚とも同一であると仮定する。
厚とも同一であると仮定する。
【数５】
【００２８】（５）式においてχ＝０のとき
【数６】
【００２９】
【数７】
【００３０】
【数８】
【００３１】
【数９】
は非金属薄膜層の厚さに比例して変化する。βおよびρ
をパラメータとして、χを変化させたときの面積熱拡散
時間の変化を図３に示す。χの小さい領域からはρの値
が評価でき、界面熱抵抗が算出できることがわかる。一
方、χの大きい領域では面積熱拡散時間はρに依存しな
くなり、金属薄膜層の熱拡散率と熱浸透率、各薄膜の膜
厚、が既知であれば、非金属薄膜の熱拡散率が評価でき
る。
をパラメータとして、χを変化させたときの面積熱拡散
時間の変化を図３に示す。χの小さい領域からはρの値
が評価でき、界面熱抵抗が算出できることがわかる。一
方、χの大きい領域では面積熱拡散時間はρに依存しな
くなり、金属薄膜層の熱拡散率と熱浸透率、各薄膜の膜
厚、が既知であれば、非金属薄膜の熱拡散率が評価でき
る。
【００３２】なお、上記式において用いられる各記号の
意味は下記のとおりである。
意味は下記のとおりである。
【数１０】
【００３３】以上のように、界面熱抵抗を伴う３層薄膜
を裏面加熱／表面測温配置ピコ秒サーモリフレクタンス
法により観測したときの温度変化曲線から、非金属薄膜
の熱拡散率と金属層と非金属層界面の熱抵抗を分離して
算出することが、応答関数法を用いることにより可能と
なることがわかり、本発明による前記の方法を確実に実
施することが明らかとなった。
を裏面加熱／表面測温配置ピコ秒サーモリフレクタンス
法により観測したときの温度変化曲線から、非金属薄膜
の熱拡散率と金属層と非金属層界面の熱抵抗を分離して
算出することが、応答関数法を用いることにより可能と
なることがわかり、本発明による前記の方法を確実に実
施することが明らかとなった。
【００３４】
【発明の効果】本願の請求項１に係る発明は、測定する
物質がが非金属物質であっても例えばその両側に金属物
質の層を形成することにより、従来提案されているピコ
秒サーモリフレクタンス法によって熱特性値と界面熱抵
抗を同時に測定を行うことができるようになる。
物質がが非金属物質であっても例えばその両側に金属物
質の層を形成することにより、従来提案されているピコ
秒サーモリフレクタンス法によって熱特性値と界面熱抵
抗を同時に測定を行うことができるようになる。
【００３５】また、請求項２に係る発明は、請求項１記
載の３層物質内の熱拡散率測定方法において、厚さのみ
が異なる前記熱物性値が未知の物質を複数用意し、各物
質の両側に対して同一の態様で、前記熱物性値が既知の
同種の層を形成し、該複数の３層物質の試料について各
々前記測定を行うことを特徴とする３層物質内の熱拡散
率測定方法としたので、各々の３層物質について同様の
ピコ秒サーモリフレクタンス法によって測定を行いその
データを解析することにより、３層薄膜内の熱拡散率を
正確に測定することができる。
載の３層物質内の熱拡散率測定方法において、厚さのみ
が異なる前記熱物性値が未知の物質を複数用意し、各物
質の両側に対して同一の態様で、前記熱物性値が既知の
同種の層を形成し、該複数の３層物質の試料について各
々前記測定を行うことを特徴とする３層物質内の熱拡散
率測定方法としたので、各々の３層物質について同様の
ピコ秒サーモリフレクタンス法によって測定を行いその
データを解析することにより、３層薄膜内の熱拡散率を
正確に測定することができる。
【００３６】また、請求項３に係る発明は、請求項１ま
たは請求項２記載の３層物質内の熱拡散率測定方法にお
いて、パルス加熱後の３層物質の裏面の過渡的温度上昇
曲線と、パルス加熱時刻に対応する横軸とが囲む面積を
求めることにより、３層物質内の熱物性値と界面熱抵抗
を同時に測定することを特徴とする３層物質内の熱拡散
率測定方法としたので、応答関数法により正確に３層薄
膜内の熱拡散率を測定することができる。
たは請求項２記載の３層物質内の熱拡散率測定方法にお
いて、パルス加熱後の３層物質の裏面の過渡的温度上昇
曲線と、パルス加熱時刻に対応する横軸とが囲む面積を
求めることにより、３層物質内の熱物性値と界面熱抵抗
を同時に測定することを特徴とする３層物質内の熱拡散
率測定方法としたので、応答関数法により正確に３層薄
膜内の熱拡散率を測定することができる。
【図１】本発明の原理を示す模式図である。
【図２】本発明を実施する際に用いる測定手法を説明す
る図である。
る図である。
【図３】本発明による面積熱拡散時間の変化を示す図で
ある。
ある。
【図４】本発明に幾何学的に等価であるレーザフラッシ
ュ法を説明する図である。
ュ法を説明する図である。
【図５】本発明者等が先に提案しているピコ秒サーモリ
フレクタンス法の原理を示す図である。
フレクタンス法の原理を示す図である。
【図６】同ピコ秒サーモリフレクタンス法を実施する装
置のブロックダイヤグラムである。
置のブロックダイヤグラムである。
１ 非金属薄膜
２ 第１金属薄膜
３ 第２金属薄膜
４ 透明基板
Claims (3)
- 【請求項１】 熱物性値が未知の物質の両側に、熱物性
値が既知の同種の層が形成された３層からなる物質の熱
拡散率と界面熱抵抗の測定方法において、該３層物質の
片側をパルス光により加熱するとともに、反対側の過渡
的温度上昇を観測することにより熱物性値と界面熱抵抗
を同時に測定することを特徴とする熱拡散率と界面熱抵
抗の測定方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の３層物質内の熱拡散率と
界面熱抵抗の測定方法において、厚さのみが異なる前記
熱物性値が未知の物質を複数用意し、各物質の両側に対
して同一の態様で、前記熱物性値が既知の同種の層を形
成し、該複数の３層物質の試料について各々前記測定を
行うことを特徴とする熱拡散率と界面熱抵抗の測定方
法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の３層物質
内の熱拡散率測定方法において、パルス加熱後の３層物
質の裏面の過渡的温度上昇曲線と、パルス加熱時刻に対
応する横軸とが囲む面積を求めることにより、３層物質
内の熱物性値と界面熱抵抗を同時に測定することを特徴
とする熱拡散率と界面熱抵抗の測定方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000317107A JP3430258B2 (ja) | 2000-10-17 | 2000-10-17 | 熱拡散率と界面熱抵抗の測定方法 |
| EP01308796.0A EP1199557B1 (en) | 2000-10-17 | 2001-10-16 | Method for measuring thermal diffusivity and interface thermal resistance |
| US09/978,003 US6592252B2 (en) | 2000-10-17 | 2001-10-17 | Method for measuring thermal diffusivity and interface thermal resistance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000317107A JP3430258B2 (ja) | 2000-10-17 | 2000-10-17 | 熱拡散率と界面熱抵抗の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002122559A JP2002122559A (ja) | 2002-04-26 |
| JP3430258B2 true JP3430258B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=18795954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000317107A Expired - Lifetime JP3430258B2 (ja) | 2000-10-17 | 2000-10-17 | 熱拡散率と界面熱抵抗の測定方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6592252B2 (ja) |
| EP (1) | EP1199557B1 (ja) |
| JP (1) | JP3430258B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012117939A (ja) * | 2010-12-01 | 2012-06-21 | Espec Corp | 熱伝導率測定装置、熱伝導率演算装置、熱伝導率算出プログラム、及び熱伝導率測定方法 |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101067901B1 (ko) * | 2001-12-26 | 2011-09-28 | 맷슨 테크날러지 캐나다 인코퍼레이티드 | 온도 측정 및 열처리 방법과 시스템 |
| JP2003322628A (ja) * | 2002-04-30 | 2003-11-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高速パルス高速時間応答測定方法並びに装置 |
| JP3731053B2 (ja) * | 2002-12-18 | 2006-01-05 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | 導電性融液中の拡散係数計測方法及び導電性融液中の拡散係数計測装置 |
| KR20120045040A (ko) * | 2002-12-20 | 2012-05-08 | 맷슨 테크날러지 캐나다 인코퍼레이티드 | 피가공물 지지 방법 |
| JP4203596B2 (ja) * | 2003-05-07 | 2009-01-07 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 薄膜熱物性測定方法及び測定装置 |
| JP4195935B2 (ja) | 2004-03-01 | 2008-12-17 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 熱物性測定方法及び装置 |
| JP4925571B2 (ja) * | 2004-08-09 | 2012-04-25 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 基板の熱的性質判定方法及び熱処理条件の決定方法 |
| JP2006242789A (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Fujitsu Ltd | 表面分析方法及び表面分析装置 |
| US7490981B2 (en) * | 2005-12-01 | 2009-02-17 | Basf Catalysts Llc | Method for determining thermal effusivity and/or thermal conductivity of sheet material |
| FR2895688B1 (fr) * | 2005-12-30 | 2010-08-27 | Pellenc Selective Technologies | Procede et machine automatiques d'inspection et de tri d'objets non metalliques |
| JP4756275B2 (ja) * | 2006-10-11 | 2011-08-24 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 多層材料の温度応答算出方法 |
| US20100208545A1 (en) * | 2007-10-23 | 2010-08-19 | Shigeo Ando | High-pressure homogenizing apparatus |
| WO2009137940A1 (en) | 2008-05-16 | 2009-11-19 | Mattson Technology Canada, Inc. | Workpiece breakage prevention method and apparatus |
| JP5598813B2 (ja) * | 2009-03-19 | 2014-10-01 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 薄膜の熱物性測定装置とこの測定装置を用いた熱伝導率と界面熱抵抗の測定方法 |
| ITTO20110589A1 (it) * | 2011-07-04 | 2013-01-05 | Avio Spa | Apparecchio e metodo per la determinazione della profondita' efficace di cementazione o nitrurazione di componenti di acciaio, in particolare ingranaggi |
| JP6127019B2 (ja) * | 2014-05-29 | 2017-05-10 | 株式会社超高温材料研究センター | 半透明材料の熱拡散率の測定方法 |
| CN104849308A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-08-19 | 北京工业大学 | 一种半导体器件界面热阻的测试方法 |
| JP6604210B2 (ja) | 2016-01-13 | 2019-11-13 | 株式会社ジェイテクト | 光学非破壊検査方法及び光学非破壊検査装置 |
| JP6399329B1 (ja) * | 2017-11-07 | 2018-10-03 | 株式会社ピコサーム | 物性値測定装置、物性値測定方法及びプログラム |
| US11175249B2 (en) | 2017-11-07 | 2021-11-16 | Netzsch Japan K.K. | Physical property value measurement device, physical property value measurement method, and recording medium |
| CN113218991A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-08-06 | 同济大学 | 微纳尺度界面热阻的非接触式自加热测量装置及方法 |
| CN113419120B (zh) * | 2021-05-08 | 2022-10-25 | 同济大学 | 一种介质薄膜与金属界面热阻的测量方法及系统 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4137991A (en) * | 1976-11-23 | 1979-02-06 | International Business Machines Corporation | Clamped acoustic elastic wave generator |
| US4243327A (en) * | 1979-01-31 | 1981-01-06 | Nasa | Double-beam optical method and apparatus for measuring thermal diffusivity and other molecular dynamic processes in utilizing the transient thermal lens effect |
| US4513384A (en) * | 1982-06-18 | 1985-04-23 | Therma-Wave, Inc. | Thin film thickness measurements and depth profiling utilizing a thermal wave detection system |
| US4928254A (en) * | 1988-04-28 | 1990-05-22 | Knudsen Arne K | Laser flash thermal conductivity apparatus and method |
| US5080495A (en) * | 1989-08-30 | 1992-01-14 | Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. | Method and apparatus for measuring thermal diffusivity by ac joule-heating |
| US5112136A (en) * | 1990-09-24 | 1992-05-12 | Kiyoshi Sakuma | Method of and apparatus for measuring thermal conductivity |
| US5667300A (en) * | 1994-06-22 | 1997-09-16 | Mandelis; Andreas | Non-contact photothermal method for measuring thermal diffusivity and electronic defect properties of solids |
| JP3568271B2 (ja) * | 1995-03-27 | 2004-09-22 | 株式会社超高温材料研究所 | レーザフラッシュ法を用いた熱定数の測定方法及びその装置 |
| JP3568304B2 (ja) * | 1995-12-06 | 2004-09-22 | 株式会社超高温材料研究所 | レーザフラッシュ法を用いた熱定数の解析方法 |
| US5688049A (en) * | 1996-01-25 | 1997-11-18 | Inrad | Method and apparatus for measuring the thermal conductivity of thin films |
| JP2961244B2 (ja) * | 1996-11-26 | 1999-10-12 | 工業技術院長 | 平行三層モデルを用いた熱拡散率の測定法 |
| JP3252155B2 (ja) * | 1999-09-14 | 2002-01-28 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | サーモリフレクタンス法による熱拡散率測定方法 |
-
2000
- 2000-10-17 JP JP2000317107A patent/JP3430258B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-10-16 EP EP01308796.0A patent/EP1199557B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-10-17 US US09/978,003 patent/US6592252B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012117939A (ja) * | 2010-12-01 | 2012-06-21 | Espec Corp | 熱伝導率測定装置、熱伝導率演算装置、熱伝導率算出プログラム、及び熱伝導率測定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1199557A1 (en) | 2002-04-24 |
| EP1199557B1 (en) | 2015-09-16 |
| US6592252B2 (en) | 2003-07-15 |
| JP2002122559A (ja) | 2002-04-26 |
| US20020080850A1 (en) | 2002-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3430258B2 (ja) | 熱拡散率と界面熱抵抗の測定方法 | |
| Schmidt et al. | Characterization of thin metal films via frequency-domain thermoreflectance | |
| Zhu et al. | Ultrafast thermoreflectance techniques for measuring thermal conductivity and interface thermal conductance of thin films | |
| Liu et al. | Photothermal phenomenon: Extended ideas for thermophysical properties characterization | |
| Zhao et al. | Measurement techniques for thermal conductivity and interfacial thermal conductance of bulk and thin film materials | |
| US7182510B2 (en) | Apparatus and method for measuring thermal conductivity | |
| Lyeo et al. | Thermal conductivity of phase-change material Ge2Sb2Te5 | |
| Taketoshi et al. | Observation of heat diffusion across submicrometer metal thin films using a picosecond thermoreflectance technique | |
| Smith et al. | Thermal boundary resistance measurements using a transient thermoreflectance technique | |
| Papernov et al. | Near-ultraviolet absorption and nanosecond-pulse-laser damage in HfO2 monolayers studied by submicrometer-resolution photothermal heterodyne imaging and atomic force microscopy | |
| Yang et al. | Modeling optical absorption for thermoreflectance measurements | |
| JP3252155B2 (ja) | サーモリフレクタンス法による熱拡散率測定方法 | |
| Meng et al. | Quantitative study on thermoreflectance linear relation | |
| Taketoshi et al. | Electrical delay technique in the picosecond thermoreflectance method for thermophysical property measurements of thin films | |
| JP4203596B2 (ja) | 薄膜熱物性測定方法及び測定装置 | |
| JP2003322628A (ja) | 高速パルス高速時間応答測定方法並びに装置 | |
| KR20050084282A (ko) | 과도 열 반사율을 통해 얇은 필름의 두께를 측정하는 방법및 장치 | |
| JP4025369B2 (ja) | 材料の機械的特性を判別する光学方法 | |
| Zheng et al. | Interface thermal conductance between metal films and copper | |
| Burzo et al. | Influence of the metallic absorption layer on the quality of thermal conductivity measurements by the transient thermo-reflectance method | |
| Matsui et al. | Analysis of thermal diffusivity of Ti thin film by thermoreflectance and periodic heating technique | |
| JP3265362B2 (ja) | 界面熱抵抗測定方法 | |
| Ganser et al. | Time-resolved optical measurement of thermal transport by surface plasmon polaritons in thin metal stripes | |
| Hoveyda et al. | Heat diffusion in magnetic superlattices on glass substrates | |
| JP2001108641A (ja) | 接触熱抵抗の測定法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |