TFA-薄膜アナライザー

薄膜の物性測定

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薄膜の物性を測定するための革新的な測定システム。高度に統合された使いやすい測定プラットフォーム。

薄膜の物理的特性はバルク材料とは異なります。これは、寸法が小さくアスペクト比が高いため、寄生表面効果がはるかに強いためです。

表面散乱の影響の増加（a）
追加の境界散乱（b）
非常に薄い層の量子閉じ込め（c）

LINSEIS Thin Film Analyzerは、非常に快適で高速な方法で、幅広い範囲の薄膜サンプルを特性評価するための完璧なツールです。使いやすいシングルスタンドアロンシステムであり、特許出願中の測定設計を使用して最高品質の結果を提供します。

構成部品
基本的なセットアップは、サンプルを簡単に配置できる測定チップと、必要な環境条件を提供する測定チャンバーで構成されています。アプリケーションに応じて、ロックインアンプおよび/または強力な電磁石でセットアップを利用できます。測定は通常、UHVで行われ、サンプル温度はLN2と強力なヒーターを使用した測定中に-170°Cから280°Cの間で制御できます。

事前に構造化された測定チップ
このチップは、熱伝導率測定のための3オメガ測定技術と、電気輸送特性の決定のための4ポイントVan-der-Pauwセットアップを組み合わせています。ゼーベック係数は、Van-der-Pauw電極の近くにある追加の抵抗温度計を使用して測定できます。サンプルの準備を簡単にするために、ストリップフォイルマスクまたは金属製シャドウマスクを使用できます。この構成により、PVD（例：熱蒸着、スパッタリング、MBE）、CVD（例：ALD）、スピンコーティング、ドロップキャスティング、またはインクジェット印刷のいずれかによって1ステップで準備されたサンプルのほぼ同時の特性評価が可能になります。

このシステムの大きな利点は、1回の測定で広範囲の物理的特性を同時に決定できることです。すべての測定は同じ（面内）方向で行われ、非常に匹敵します。

1. Van-der-Pauw測定
電気伝導率（σ）とホール係数（A_H）のサンプルでは、Van-der-Pauw法が使用されています。チップ上にサンプルを配置した後、サンプルはすでに4つの電極A、B、C、Dの端に接続されています。測定では、2つの接点間に電流を流し、残りの2つの接点間の対応する電圧を測定します。接点を時計回りに変更して手順を繰り返すことにより、Van-der-Pauw方程式を使用してサンプルの抵抗率を計算できます。磁場を印加し、対応する対角ファンデルポー抵抗の変化を測定することにより、サンプルのホール係数を計算できます。

2.ゼーベック係数測定
ゼーベック係数の決定のために、追加の温度計とヒーターがサンプルの近くのチップに配置されます。この構成により、異なる温度勾配での熱電圧の測定が可能になり、ゼーベック係数S=-V_th/∆Tを計算するために使用できます。

3.薄膜熱伝導率測定
面内熱伝導率の決定には、特許出願中のホットストライプ懸垂膜セットアップが使用されます。このセットアップでは、非常に細いワイヤーがヒーターと温度センサーの1つとして使用されます。対象のサンプルは、この膜に直接堆積されます。結果としての測定では、ジュール熱により加熱される熱線に電流が流れます。温度上昇のため、ワイヤの抵抗率は変化しており、簡単に測定できます。この抵抗率の変化とセットアップの正確な形状の知識から、サンプルの熱伝導率に戻る計算が可能です。サンプルによっては、放射率と比熱を測定することもできます。高品質の結果を得るには、サンプルの厚さ×サンプルの熱伝導率を2 x 10^-7W / K以上にする必要があります。

モジュール設計
熱伝導率を測定するための基本的なセットアップから始めて、システムは、電気伝導率とゼーベック係数を測定する熱電キットまたはホール定数、移動度、電荷キャリア濃度の測定を行う磁気アップグレードキットのいずれかで簡単にアップグレードできます。

システム構成

基本システム/熱電パッケージ/磁気パッケージ/冷却オプション

LINSEIS Thin Film Analyzer（TFA）では、次のパッケージオプションを利用できます。

基本デバイス（一時パッケージを含む）
測定チャンバー、真空ポンプ、ヒーター付きの基本的なサンプルホルダー、3ω法用のシステム統合ロックインアンプ、測定および評価ソフトウェアを含むPCおよびLINSEISソフトウェアパッケージで構成されています。この設計は、次の物理的特性を測定するために最適化されています。

λ-熱伝導率
c_p-比熱
ε–放射率（サンプルの特性に依存）

熱電パッケージ
拡張測定電子回路（DC）と熱電実験用の評価ソフトウェアで構成されています。この設計は、次のパラメーターを測定するために最適化されています。

ρ-電気抵抗率/σ-電気伝導率
S-ゼーベック係数

磁気パッケージ
磁気パッケージには2つの異なる構成があります。電源、フィールドスイッチ、安全回路、水冷を備えた可動電磁石（EM）、または2つの永久磁石（PM）を備えた可動構成。電磁石により、ユーザーはサンプルに対して垂直に+/- 1テスラの可変電界強度を適用できます。永久磁石のセットアップは、定義された3つのフィールドポイント（+0.5 T、0T、および-0.5T）をサンプルに適用するためにのみ使用できます。どちらの設計も、次のパラメーターを測定するために最適化されています。

A_H-ホール定数
μ–モビリティ（モデルに応じた計算）
n-電荷キャリア濃度（モデルに応じた計算）

制御冷却用の低温オプション

LN₂100 Kまで冷却
TFA / KREG制御冷却ユニット
TFA / KRYOデュワー25l

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仕様

主なシステム特性

薄膜用の高品質で使いやすい特性評価システム（nmからµmの範囲）。
温度依存の測定値（-170°C〜+ 280°C）。
簡単なサンプルの準備と処理。
事前に構築されたチップを消耗品として使用するチップベースの測定デバイス。
測定の柔軟性が高い（サンプルの厚さ、サンプルの抵抗率、堆積方法）。
すべての測定値は、1回の実行で同じサンプルから取得されます。
半導体、金属、セラミック、有機物を測定できます。

モデル	TFA-薄膜アナライザー
温度範囲：	280°CまでのRT -170°C〜280°C
サンプルの厚さ：	5 nm〜25 µm（範囲はサンプルによって異なります）
測定原理：	チップベース（事前に構成された測定チップ、1箱あたり24個）
堆積技術：	含まれるもの：PVD（スパッタリング、蒸着）、ALD、スピンコーティング、インクジェット印刷など
測定されたパラメーター：	熱伝導率（3オメガ）比熱
オプション：	電気伝導率/抵抗率ゼーベック係数ホール定数/モビリティ/電荷キャリア濃度最大1 Tの電磁石または最大0.5 Tの永久磁石
真空：	10^-5mbarまで
エレクトロニクス：	統合された
インタフェース：	USB
測定範囲
熱伝導率：	0.05最大200 W / m∙K
電気抵抗率：	0.05 から1×10⁶S / cmまで
ゼーベック係数：	5最大2500μV/ K
再現性
熱伝導率：	±7％（ほとんどの材料）
電気抵抗率：	±3％（ほとんどの材料）
ゼーベック係数：	±5％（ほとんどの材料）
正確さ
熱伝導率：	±10％（ほとんどの材料）
電気抵抗率：	±6％（ほとんどの材料）
ゼーベック係数：	±7％（ほとんどの材料）

ソフトウェア

使用されているハードウェアに加えて、強力なMicrosoft®Windows®ベースのLINSEIS熱分析ソフトウェアは、熱分析実験の準備、実行、分析において最も重要な機能を実行します。このソフトウェアパッケージにより、Linseisは、デバイス固有のすべての設定と制御機能のプログラミング、およびデータの保存と分析のための包括的なソリューションを提供します。このパッケージは、社内のソフトウェアスペシャリストおよびアプリケーションエキスパートによって開発され、長年にわたってテストおよび改善されてきました。

TFAソフトウェアパッケージは、2つのモジュールで構成されています。データ取得用の測定プログラムと、データ評価用の定義済みプラグインを備えた評価ソフトウェアです。 Linseisソフトウェアは、測定の準備、実行、分析に不可欠なすべての機能を備えています。

一般的な機能