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시간 영역 열반사율(TDTR)

관련 제품 : MFLI , HF2LI , UHFLI , MF-MD , HF2LI-MF , UHF-MF , MF-MOD , HF2LI-MOD , UHF-MOD , UHF-BOX

응용기술 설명

시간 영역 열반사율(TDTR) 은 박막 또는 부피가 큰 재료의 열 특성을 특성화하는 데 사용되는 기술입니다. 측정된 데이터는 포논과 전자에 의해 구동되는 전송 프로세스에 대한 이해를 높이는 데 도움이 될 수 있습니다. 초고속 레이저 소스를 사용하는 일반적인 TDTR 실험에서 변조된 펌프 펄스와 후속 시간 지연된 프로브 펄스가 샘플 표면에 조사됩니다. 그런 다음 유도된 열반사율 응답은 펌프와 프로브 펄스 사이의 시간 지연의 함수로 측정됩니다. 극초단 레이저 펄스 및 펌프 프로브 감지를 활용하면 열전도율 또는 체적 열용량과 같은 양을 ps 또는 sub-ps 시간 분해능으로 측정할 수 있습니다.

주파수 영역 열반사율(FDTR) 은 열반사율 신호가 펌프 빔과 프로브 빔 사이의 지연 시간이 아니라 펌프 빔의 변조 주파수의 함수로 측정되는 TDTR의 변형입니다. FDTR은 펄스 레이저 또는 CW 레이저를 사용하여 TDTR과 동일한 열 특성을 측정할 수 있습니다. CW-FDTR 측정의 주요 이점은 값비싸고 섬세한 펄스 레이저 시스템을 피하고 설정에서 오류가 발생하기 쉬운 기계적으로 움직이는 부품을 제거한다는 것입니다. 또한 정확한 TDTR 측정에는 변조 주파수를 적절하게 선택하는 것이 중요하지만 FDTR에는 덜 중요합니다.

FDTR과 TDTR 모두 펌프 빔 변조 주파수를 변경하여 서로 다른 열 전달 프로세스를 조사할 수 있습니다.

측정 전략

TDTR 및 FDTR에서 측정된 신호는 주기적이며 현저하게 작습니다. 따라서 빠른 고품질 락인앰플리파이어는 큰 신호 대 잡음비(SNR)를 달성하기 위한 핵심 요구 사항입니다. 펄스 레이저 방식에 대한 또 다른 매력적인 측정 방법은 박스카 평균기와 함께 빠른 광검출기를 사용하는 것입니다. 이렇게 하면 실험의 짧은 듀티 사이클 동안에만 신호를 기록할 수 있으므로 노이즈만 존재하는 방대한 양의 데이터 기록 시간은 제외됩니다.

TDTR 측정

펌프 빔에 의해 유도된 주기적인 열유속을 프로브 빔은 시간 도메인에서  샘플 반사율의 변화를 통해 해당 온도 변화를 감지합니다. 펌프 빔은 일반적으로 EOM(전기 광학 변조기)을 사용하여 0.2 - 20MHz 범위의 주파수에서 변조됩니다. 그런 다음 지연된 동일선상의 프로브 펄스와 함께 대물 렌즈를 통해 샘플로 전달됩니다. 그런 다음 광검출기와 락인앰플리파이어가 반사된 신호를 측정합니다. 일반적인 실험 구성은 그림 1에 나와 있습니다.
작은 신호로 인해 TDTR은 기술적으로 까다롭고 우수한 SNR을 달성하기 위해 민감한 전자 장치와 무거운 평균화가 필요합니다.

Time Domain Thermoreflectance Figure 1

그림 1: 펄스 TDTR 및 FDTR의 개략도

 

FDTR 측정

TDTR 설정은 지연 스테이지의 위치를 고정된 상태로 유지하면서 수십 MHz에 걸쳐 펌프 빔의 변조 주파수를 스위핑함으로써 펄스 레이저 FDTR을 수행하도록 쉽게 전환될 수 있습니다. 펄스 FTDR 및 CW-FTDR(그림 2의 실험 레이아웃)에서 광학 검출기와 신호 처리 전자 장치는 펌프 빔 변조 주파수의 함수로 신호를 측정합니다. 변조가 변경될 수 있는 속도는 일반적으로 사용 가능한 SNR에 의해 제한됩니다. 전체 변조 범위를 커버할 수 있고 노이즈가 적은 민감한 입력을 갖는 락인앰플리파이어를 사용하는 것은 빠르고 안정적으로 좋은 결과를 얻는 데 중요합니다.

Time Domain Thermoreflectance Figure 2

그림 2: CW-FDTR의 개략도

취리히인스트루먼트 선택의 이점

  • 더 높은 SNR로 더 빠른 측정: HF2LI 및 UHFLI 락인앰플리파이어 의 낮은 입력 노이즈, 빠른 샘플링 속도 및 최첨단 디지털 신호 처리는 TDTR 및 FDTR 약한 신호 측정에 이상적입니다.
  • 넓은 주파수 범위: 원하는 변조 및 복조 주파수 값을 스윕합니다. 이는 샘플의 열 역학이 변조 주파수에 따라 달라지기 때문에 FTDR에 중요합니다.
  • 일부 TDTR 실험 설정에서 사용되는 낮은 반복률의 짧은 레이저 펄스의 경우 박스카 평균기가 락인 측정보다 더 나은 SNR로 이어집니다. UHF-BOX 박스카 평균기 옵션을 사용하면 동일한 기기 내에서 두 가지 측정 가능성에 동시에 액세스할 수 있습니다.
  • 기준 광검출기가 추가로 사용되는 경우 H2FLI 및 UHFLI를 사용하여 최대 2개의 광검출기 신호를 동시에 측정합니다.
  • 광대역 FDTR(BB-FDTR) 또는 이중 변조 TDTR 실험 구현(그림 3)에서 프로브 빔에 추가 변조기를 추가하면 샘플의 거칠기 또는 결함에서 펌프 빔의 산란으로 생성된 신호를 제거하는 데 도움이 됩니다. 표면. UHF-MF 및 HF2-MF 다중 주파수 옵션 및/또는 UHF-MOD 및 HF2-MOD AM/FM 변조 옵션과 결합된 이 추가 변조는 높은 데이터 품질과 병렬로 모든 신호 성분을 안정적으로 추출하는 데 도움이 될 수 있습니다. .
Time Domain Thermoreflectance Figure 3

그림 3: 프로브 빔에 선택적 변조가 있는 펄스 TDTR 및 FDTR의 개략도

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