行使频域热反射（FDTR）时代对不同锡因素的非晶 Ge1-xSnx 薄膜进行了热导率测量。效果标明，跟着锡因素的加多，薄膜的热导率从 0.50 W/mK 镌汰到 0.44 W/mK，这与通过最小热导率模子计议得出的非晶极限相一致。
简介
半导体器件热想象的优化对晋升其性能与可靠性至关首要。这需要长远了解构成材料的热传输特质，尤其是在半导体材料愈发邃密和薄的情况下。
激光闪光分析是一种无为应用于测量块状材料热扩散率的时代。但是，这种程序不适用于测量具有快速温度反应的薄膜材料的热性能。另一种程序 —— 频域热反射（FDTR），是一种光泵浦探针时代，好像测量厚度在几十纳米至几微米鸿沟内的薄膜的多样热性能。
在本应用讲解中，借助 ScienceEdge 的 InFocusκ FDTR 测量了不同 Sn 因素的非晶 Ge1-xSnx 薄膜的热导率。
样品制备
通过射频共溅射在硅衬底（电阻率：1 - 20 Ωcm，厚度：404 µm）上制备了四种具有不同锡（Sn）组分的非晶 Ge1 - xSnx 薄膜。总共样品均涂覆有 62 nm 厚的Au手脚换能器，况兼在Au和薄膜之间添加了 5 nm 厚的Cr层以提高黏服从。四种非晶 Ge1 - xSnx 薄膜的锡组分和厚度如表 1 所示。
表 1. 四个非晶 Ge1 - xSnx 薄膜样品的锡组分和厚度。硅衬底的厚度为 404 µm。
本质
使用 ScienceEdge 的 InFocus κ FDTR（频域热反射显微镜）测量薄膜的热导率。
使用强度调制的 488nm 泵浦激光在样品名义产生周期性热流，使用 532nm 探伤激光通过热反射信号的变化监测名义温度。在将泵浦激光的调制频率从 200kHz 改造到 10MHz 时，用锁相放大器纪录反射探伤光束对入射热流的相位反应。从 200kHz 到 10MHz 赢得相位滞后图需要 4 分钟，每个样品测量三次以确保考虑性。
通过比较每个样品的平均相位滞后和使用以未知热导率手脚拟合参数的热传输模子计议的相位滞其后详情薄膜的热导率。多层样品模子和拟合的标称值如图 1 和表 2 所示。薄膜的体积热容由 Ge（1644.8kJ/m³K）和 Sn（1671.7kJ/m³K）的文件值过火构成比计议得出。
图 1. 多层样品模子，其中每一层包括热导率 k、体积热容 C、热范围电导 G 和层厚度（未线路）。 表 2. 拟合分析的标称值。
效果
如图 2 所示，四种非晶 Ge1 - xSnx 薄膜的相位数据线路出较着的相反，且具有精采的重现性。而后，对每个样品的三次测量的平均相位数据进行了拟合分析。
图 3（a）展示了非晶 Ge 薄膜使用 0.55 W/mK 的热导率值赢得的平均相位数据（点）和最好拟合弧线（实线）。该值与最小热导率模子的量度（0.62 W/mK）*1 相等一致，也与 Cahill 等东谈主（0.51 W/mK）*2 和 Alvarez - Quintana 等东谈主（0.64 W/mK）*3 测量的值一致。还线路了通过将热导率改造±10％（0.50 至 0.61 W/mK）和±20％（0.44 至 0.66 W/mK）赢得的模拟弧线。与±10％鸿沟比较，三次测量的变异性较小（图 3（b）），省略情趣约为±5％。
表 3 追想了其余样品的热导率效果，跟着锡组分的加多，热导率从 0.50 W/mK 降至 0.44 W/mK。这些值接近通过最小热导率模子计议的非晶极限*4 。
图 2. 从非晶 Ge1 - xSnx 薄膜的 FDTR 测量赢得的相位与频率数据。对总共样品皆测量了三个不同的点。
图 3（a）. 展示了三个非晶 Ge 数据的平均相位数据（点）和最好拟合弧线（实线），以及通过将热导率（k）改造±20％（虚线）赢得的解。（b）. 三次测量的相位数据的变化（点）以及通过将 k 改造±10％和±20％（虚线）赢得的解。
表
3.
测量的热导率的追想。
论断
咱们使用 ScienceEdge 的 InFocus κ FDTR 告捷测量了具有不同锡组分的非晶 Ge1 - xSnx 薄膜的热导率。本盘算中展示的本质成立和程序为测量薄膜和纳米级材料的热特质提供了一种准确可靠的程序。这特等了 ScienceEdge 的 InFocus κ FDTR 的出色性能，以过火在优化半导体器件热想象方面的后劲。
致谢
咱们由衷感谢名古屋大学的黑泽博士和大岩先生提供样品，并对测量和应用条记草案提供了有意的想法。
参考文件
*1: Cahill 等东谈主，《物理评述 B》46，6131（1992）。
*2: Cahill 等东谈主，《物理评述 B》37，8773（1988）。
*3: Alvarez - Quintana 等东谈主，《应用物理》104(7) 074903（2008）。
*4: Khatami 等东谈主kaiyun体育登录网页入口，《应用物理评述》6，014015（2016）。