JPS637618B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS637618B2 JPS637618B2 JP55148209A JP14820980A JPS637618B2 JP S637618 B2 JPS637618 B2 JP S637618B2 JP 55148209 A JP55148209 A JP 55148209A JP 14820980 A JP14820980 A JP 14820980A JP S637618 B2 JPS637618 B2 JP S637618B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- measured
- film
- thermal conductivity
- substrate
- Prior art date
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- Expired
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-
- 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
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- 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
【発明の詳細な説明】
本発明は、蒸着、スパツタ等の方法により基板
上に形成した薄膜の熱伝導率の評価法に関するも
のである。
上に形成した薄膜の熱伝導率の評価法に関するも
のである。
従来、物質の熱伝導率の評価法として、試料に
熱源として連続発振のレーザ光を照射し、その部
分の温度変化を熱電対で測定する方法が用いられ
てきた。この方法は、レーザ照射部と非照射部の
温度差の変化を、熱拡散の理論式に代入し、その
方程式中に物質固有の定数として含まれる熱伝導
率を求めるものである。この方法によれば、十分
厚い試料に対しては良い精度で測定できるが、基
板上に形成した薄膜状試料に対しては、測定結果
が基板の熱伝導率の影響を強くうけるため、正確
な測定を期待することができないという欠点があ
つた。
熱源として連続発振のレーザ光を照射し、その部
分の温度変化を熱電対で測定する方法が用いられ
てきた。この方法は、レーザ照射部と非照射部の
温度差の変化を、熱拡散の理論式に代入し、その
方程式中に物質固有の定数として含まれる熱伝導
率を求めるものである。この方法によれば、十分
厚い試料に対しては良い精度で測定できるが、基
板上に形成した薄膜状試料に対しては、測定結果
が基板の熱伝導率の影響を強くうけるため、正確
な測定を期待することができないという欠点があ
つた。
例えば、基板の厚さが１mm、薄膜の厚さが1μ
ｍのとき、薄膜は1000倍も厚い基板と接している
ため、熱伝達の速さは、基板の熱伝導率によつて
支配され、薄膜の熱伝導率は測定結果（レーザ照
射部と非照射部との温度差）にほとんど影響しな
い。即ち、測定対象の薄膜が基板よりはるかに薄
いということが、この方法の適用を難しくしてい
る原因であつた。
ｍのとき、薄膜は1000倍も厚い基板と接している
ため、熱伝達の速さは、基板の熱伝導率によつて
支配され、薄膜の熱伝導率は測定結果（レーザ照
射部と非照射部との温度差）にほとんど影響しな
い。即ち、測定対象の薄膜が基板よりはるかに薄
いということが、この方法の適用を難しくしてい
る原因であつた。
近年、薄膜電子素子の最適設計や、集積回路素
子の放熱用伝熱体の設計等を行なう上に、薄膜物
質（例えばカーボン膜等）の熱伝導率測定がしば
しば重要になつている。しかし上述したように、
従来技術によつては測定が困難を極め、しかも精
度よい測定結果は得られていなかつた。
子の放熱用伝熱体の設計等を行なう上に、薄膜物
質（例えばカーボン膜等）の熱伝導率測定がしば
しば重要になつている。しかし上述したように、
従来技術によつては測定が困難を極め、しかも精
度よい測定結果は得られていなかつた。
本発明は、上記従来技術の欠点を解決するため
になされたもので、精度よく薄膜の熱伝導率測定
を行なう方法を提供することを目的とするもので
ある。
になされたもので、精度よく薄膜の熱伝導率測定
を行なう方法を提供することを目的とするもので
ある。
上記の目的を達成するために、本発明の測定に
は、熱源としてパルス幅がサブマイクロ秒のパル
ス・レーザ光を用いている。これを基板上の薄膜
に照射して薄膜表面が特定温度に達するときのレ
ーザ光のエネルギー値から、薄膜の熱伝導率を求
めるものである。この温度の特定には、熱電対で
測定する等の方法もあるが、本発明では特に次の
方法を提案する。すなわち、薄膜表面に融点既知
の物質をさらに膜状につけ、レーザ加熱によりそ
の物質が溶融変形を起こすことを利用する。
は、熱源としてパルス幅がサブマイクロ秒のパル
ス・レーザ光を用いている。これを基板上の薄膜
に照射して薄膜表面が特定温度に達するときのレ
ーザ光のエネルギー値から、薄膜の熱伝導率を求
めるものである。この温度の特定には、熱電対で
測定する等の方法もあるが、本発明では特に次の
方法を提案する。すなわち、薄膜表面に融点既知
の物質をさらに膜状につけ、レーザ加熱によりそ
の物質が溶融変形を起こすことを利用する。
なお、パルス・レーザ光を用いるのは、既知の
エネルギーを持つたパルスを一発ずつ照射するた
めと、短い幅のパルスで照射することにより測定
対象薄膜における熱拡散がその薄膜表面近傍に限
られるからである。
エネルギーを持つたパルスを一発ずつ照射するた
めと、短い幅のパルスで照射することにより測定
対象薄膜における熱拡散がその薄膜表面近傍に限
られるからである。
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すもので、同図
ａは薄膜の熱伝導率の測定系を示す模式図、ｂは
その系の温度プロフアイルを示す図である。
ａは薄膜の熱伝導率の測定系を示す模式図、ｂは
その系の温度プロフアイルを示す図である。
基板１上に測定対象の薄膜物質２（こゝでは一
例として膜厚を5000Åとした）がある。さらに、
その上に融点が低くかつ既知の物質の膜３（こゝ
では一例として膜厚を500Åとした）をのせる。
この膜３としては、低融点であるばかりでなく、
照射するレーザ光の反射が少ない物質の膜である
ことが望ましい。例えば熱源用高出力のパルスレ
ーザとして炭酸ガスレーザを用いるとすると、そ
のレーザ光（波長10.6μｍ）を100％近く吸収する
物質として錫Sn、鉛Pbを用いることができる。
もし、膜３によるレーザ光の反射が大きい場合に
は、その反射率を測定し、吸収されるエネルギー
の値を補正すればよい。
例として膜厚を5000Åとした）がある。さらに、
その上に融点が低くかつ既知の物質の膜３（こゝ
では一例として膜厚を500Åとした）をのせる。
この膜３としては、低融点であるばかりでなく、
照射するレーザ光の反射が少ない物質の膜である
ことが望ましい。例えば熱源用高出力のパルスレ
ーザとして炭酸ガスレーザを用いるとすると、そ
のレーザ光（波長10.6μｍ）を100％近く吸収する
物質として錫Sn、鉛Pbを用いることができる。
もし、膜３によるレーザ光の反射が大きい場合に
は、その反射率を測定し、吸収されるエネルギー
の値を補正すればよい。
上記膜３は蒸着等の方法により測定対象の薄膜
物質２上に作成される。この系に上方からパル
ス・レーザ光４を照射すると、このレーザ光４は
膜３内で吸収され熱に変つて測定対象の薄膜物質
２内を拡散してゆく。熱拡散の理論解析によれ
ば、この場合の系の温度プロフアイルは第１図ｂ
のようになり、膜３の温度は測定対象の薄膜物質
２の熱伝導率により決定される。薄膜表面を顕微
鏡観察しながらパルス・レーザ・エネルギーを低
い方から高い値へと順次変えて行き、膜３が溶融
して変形を起こすパルス・レーザ光のエネルギー
値を求め、その値を熱拡散方程式 Ｋ∂2T／∂x2−cρ∂T／∂t＝Ｆ（ｔ） （但し、Ｔ：温度、ｘ：膜の深さ方向の位置、
ｃ：比熱、ρ：密度、ｔ：時間、Ｆ（ｔ）：吸収さ
れるレーザ・エネルギー値である。） に代入して、測定対象の薄膜物質２の熱伝導率Ｋ
を求める。
物質２上に作成される。この系に上方からパル
ス・レーザ光４を照射すると、このレーザ光４は
膜３内で吸収され熱に変つて測定対象の薄膜物質
２内を拡散してゆく。熱拡散の理論解析によれ
ば、この場合の系の温度プロフアイルは第１図ｂ
のようになり、膜３の温度は測定対象の薄膜物質
２の熱伝導率により決定される。薄膜表面を顕微
鏡観察しながらパルス・レーザ・エネルギーを低
い方から高い値へと順次変えて行き、膜３が溶融
して変形を起こすパルス・レーザ光のエネルギー
値を求め、その値を熱拡散方程式 Ｋ∂2T／∂x2−cρ∂T／∂t＝Ｆ（ｔ） （但し、Ｔ：温度、ｘ：膜の深さ方向の位置、
ｃ：比熱、ρ：密度、ｔ：時間、Ｆ（ｔ）：吸収さ
れるレーザ・エネルギー値である。） に代入して、測定対象の薄膜物質２の熱伝導率Ｋ
を求める。
この方法によれば、試料表面の熱伝導およびそ
の溶融状態のみが測定に関与するため基板の影響
を排除することができる。熱伝導による温度変化
を表面近傍に限定するため、実際の測定には、レ
ーザのパルス幅は1μs以下が適している。なお、
レーザ照射部は１mmφ以下が望ましく、そこえパ
ルス一発当り例えば数ｍＪのエネルギーが集中さ
れる。
の溶融状態のみが測定に関与するため基板の影響
を排除することができる。熱伝導による温度変化
を表面近傍に限定するため、実際の測定には、レ
ーザのパルス幅は1μs以下が適している。なお、
レーザ照射部は１mmφ以下が望ましく、そこえパ
ルス一発当り例えば数ｍＪのエネルギーが集中さ
れる。
以上説明したように、本発明の薄膜の熱伝導率
測定方法は、測定対象物表面に、融点が低く、レ
ーザ光を吸収する既知物質の膜を作成し、それに
サブマイクロ秒の幅のパルス・レーザ光を照射
し、表面の溶融を生ずるレーザ光のエネルギー値
を熱拡散方程式に代入することにより、測定対象
物の熱伝導率を測定するものである。
測定方法は、測定対象物表面に、融点が低く、レ
ーザ光を吸収する既知物質の膜を作成し、それに
サブマイクロ秒の幅のパルス・レーザ光を照射
し、表面の溶融を生ずるレーザ光のエネルギー値
を熱拡散方程式に代入することにより、測定対象
物の熱伝導率を測定するものである。
本発明の方法によれば、測定が基板の影響をほ
とんどうけないため、膜厚1μｍ以下の薄膜でも
精度よく熱伝導率を測定できる利点がある。
とんどうけないため、膜厚1μｍ以下の薄膜でも
精度よく熱伝導率を測定できる利点がある。
従来、困難とされていた薄膜の熱伝導率を本発
明により精度よく評価できれば、集積回路等の薄
膜電子素子の最適設計を図る上で非常に有効であ
り、その効果はきわめて大きい。
明により精度よく評価できれば、集積回路等の薄
膜電子素子の最適設計を図る上で非常に有効であ
り、その効果はきわめて大きい。
第１図は本発明の一実施例を示すもので、同図
ａは薄膜の熱伝導率の測定系を示す模式図、ｂは
その系の温度プロフアイルを示す図である。 １…基板、２…測定対象の薄膜物質、３…融点
が低く既知の物質の膜、４…パルス・レーザ光。
ａは薄膜の熱伝導率の測定系を示す模式図、ｂは
その系の温度プロフアイルを示す図である。 １…基板、２…測定対象の薄膜物質、３…融点
が低く既知の物質の膜、４…パルス・レーザ光。
Claims (1)
- １ 基板上の測定対象薄膜の表面に、レーザ光を
吸収する、融点既知の物質を膜状に付着し、これ
にサブマイクロ秒の幅のパルス・レーザ光を照射
し、上記物質に溶融を生じさせるレーザ光のエネ
ルギー値から上記測定対象薄膜の熱伝導率を算出
することを特徴とする薄膜の熱伝導率の測定方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14820980A JPS5772052A (en) | 1980-10-24 | 1980-10-24 | Measuring method for heat transmission factor of thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14820980A JPS5772052A (en) | 1980-10-24 | 1980-10-24 | Measuring method for heat transmission factor of thin film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5772052A JPS5772052A (en) | 1982-05-06 |
| JPS637618B2 true JPS637618B2 (ja) | 1988-02-17 |
Family
ID=15447700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14820980A Granted JPS5772052A (en) | 1980-10-24 | 1980-10-24 | Measuring method for heat transmission factor of thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5772052A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59210352A (ja) * | 1983-05-16 | 1984-11-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 熱伝導率測定法 |
| JPS6110752A (ja) * | 1984-06-26 | 1986-01-18 | Ichiro Hatta | 交流カロリメトリによる熱拡散率測定方法 |
| JPS61205162A (ja) * | 1985-03-08 | 1986-09-11 | Brother Ind Ltd | シリアルプリンタ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5329114B2 (ja) * | 1973-09-26 | 1978-08-18 |
-
1980
- 1980-10-24 JP JP14820980A patent/JPS5772052A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5772052A (en) | 1982-05-06 |
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