方脈沖熱源法（Square-Pulsed Source method, SPS）適用于亞毫米級樣品的綜合熱物性測量，能夠同時測量各向同性材料的熱導率和比熱容、三維各向異性熱導率張量，以及半導體異質(zhì)結構的薄膜熱導率、比熱容和界面熱阻。

方脈沖熱源法測量系統(tǒng)(SPS)主要應用：

• 亞毫米級樣品的綜合熱物性測量

• 同時測量各向同性材料的熱導率和比熱容

• 三維各向異性熱導率張量

• 半導體異質(zhì)結構的薄膜熱導率、比熱容和界面熱阻

  
  

方脈沖熱源法測量系統(tǒng)(SPS)特點和優(yōu)勢：

• 同時在時間域和頻率域上測量

• 同時測量熱導率和比熱容
  

• 表征三維各向異性熱導率張量

• 測量操作靈活簡便

方脈沖熱源法測量系統(tǒng) (SPS)系統(tǒng)簡介

在微米及更小尺度下，材料的熱傳導和能量傳遞機制發(fā)生顯著變化，尤其是熱導率、比熱容和界面熱阻等熱物性參數(shù)的變化，這對新材料的熱管理和性能優(yōu)化提出了更高的要求。隨著薄膜材料和小尺寸組件在微電子、半導體、光電器件及能源領域的廣泛應用，精確測量這些材料的熱物性變得尤為重要。然而，傳統(tǒng)的宏觀尺度熱物性測量方法難以有效應用于這些微納米尺度的材料。

基于方脈沖熱源法（Square-Pulsed Source method, SPS）的測量系統(tǒng)，利用激光的泵浦-探測熱反射技術，不僅能夠同時測量微米薄膜和塊體材料的熱導率和比熱容，還能表征三維各向異性熱導率張量，測量半導體異質(zhì)結界面熱阻，準確測量納米薄膜的熱導率，甚至實現(xiàn)亞毫米空間分辨的局部對流換熱系數(shù)測量。這為材料設計、性能優(yōu)化以及熱管理策略的制定提供了更加全面的技術支持。

方脈沖熱源法測量系統(tǒng) (SPS)測量原理

方脈沖熱源法（Square-Pulsed Source method, SPS）采用激光的泵浦-探測技術，待測的樣品表面鍍有約100 nm厚的金屬膜作為溫度傳感層，泵浦激光經(jīng)過50%占空比的方波調(diào)制后聚焦在樣品表面，對其進行周期性加熱；探測激光一部分作為參考信號直接進入平衡光電探測器，另一部分聚焦在樣品表面加熱樣品和探測表面溫度。在溫升低于10 K的情況下，金屬膜反射率與溫度變化呈線性關系。樣品表面金屬膜反射激光的光強變化通過光電探測器轉換為電信號，并傳輸給周期波形分析儀（PWA），以獲得方波加熱周期下樣品表面溫度變化的幅值響應信號，幅值信號經(jīng)歸一化處理并與傳熱模型擬合，從而獲取樣品的熱物性參數(shù)。

圖1 SPS系統(tǒng)原理圖和樣品結構示意圖

方脈沖熱源法測量系統(tǒng) (SPS)系統(tǒng)配置:

1.可同時實現(xiàn)方脈沖熱源法(SPS)、空間域熱反射法(SDTR)、穩(wěn)態(tài)熱反射法(SSTR)的測量

2.雙色泵浦-探測系統(tǒng)，標配的泵浦光波長458nm，功率200 mW，探測光波長為785nm

3.泵浦光調(diào)制頻率的范圍為:1Hz-20 MHz

4.光斑半徑可變范圍:1-40 um

5.ccd顯微成像系統(tǒng)清楚觀察樣品表面和光斑位

6.自動化實驗測量，全程軟件操作，無需復雜的手動調(diào)節(jié)

7.自動化信號分析處理，可同時擬合多組信號獲取多個參數(shù)，并計算測量誤差

圖2. SPS技術對一系列標準樣品的熱導率和比熱容的測量結果與文獻參考值的比較