飛秒高速熱反射測量（FSTR）是一種泵-探針光熱技術，使用超快激光加熱樣品，然後測量其在數ns內(nei) 的溫度響應。泵浦（加熱）脈衝(chong) 在一定頻率的範圍內(nei) 進行調製，這不僅(jin) 可以控製熱量進入樣品的深度，還可以使用鎖定放大器提取具有更高信噪比的表麵溫度響應。
從(cong) 4000年前，印度開采以來，金剛石在人類曆史上一直扮演著比其他材料引人注意的角色，幾個(ge) 世紀以來，誠勿論加之其因稀缺而作為(wei) 財富和聲望象征屬性。單就一係列非凡的物理特性，例如：
已知較硬的材料，在室溫下具有較高的熱導率，寬的透光範圍，較堅硬的材料，可壓縮性較小，並且對大多數物質是化學惰性，就足以使得其備受推崇，所以金剛石常常被有時被稱為(wei) “終ji工程材料”也不那麽(me) 為(wei) 人驚訝了。
一些金剛石的物理特性
但是因為(wei) 大型天然鑽石的成本和稀缺性，金剛石的工業(ye) 化国产成人在线观看免费网站一致非常困難。200 年前，人們(men) 就知道鑽石是僅(jin) 由碳組成（Tennant 1797），並且進行了許多嚐試以人工合成金剛石，作為(wei) 金剛石在自然界中常見的同素異構體(ti) 之一的石墨，被嚐試用於(yu) 人造金剛石合成。
雖然結果確被證明其過程是非常困難
因為(wei) 石墨和金剛石雖然標準焓僅(jin) 相差 2.9 kJ mol-1 （Bundy 1980），但因為(wei) 一個(ge) 大的活化勢壘將兩(liang) 相隔開，阻止了石墨和金剛石在室溫和大氣下相互轉化。
有趣的是，這種使金剛石如此稀有的巨大能量屏障也是金剛石之所以成為(wei) 金剛石的原因。
但是終究在1992年，一項稱之為(wei) HPHT（high-pressure high-temperature）生長技術的出現，並隨著通用電氣發布為(wei) 幾十年來一直用於(yu) 生產(chan) 工業(ye) 金剛石的標準技術。
在這個(ge) 過程中，石墨在液壓機中被壓縮到數萬(wan) 個(ge) 大氣壓，在合適的金屬催化劑存在下加熱到 2000 K 以上，直到金剛石結晶。由此產(chan) 生的金剛石晶體(ti) 用於(yu) 廣泛的工業(ye) 過程，利用金剛石的硬度和耐磨性能，例如切割和加工機械部件，以及用於(yu) 光學的拋光和研磨。
高溫高壓法的缺點是它隻能生產(chan) 出納米級到毫米級的單晶金剛石，這限製了它的国产成人在线观看免费网站範圍。
直到金剛石的化學氣相沉積（CVD）生產(chan) 方法以及金剛石薄膜的出現，該金剛石的形式可以允許其更多的高ji特性被利用。
相比起HPHT 複製自然界金剛石產(chan) 生的環境和方法，化學氣相沉積選擇將碳原子一次一個(ge) 地添加到初始模板中，從(cong) 而產(chan) 生四麵體(ti) 鍵合碳網絡結果。
化學氣相沉法，顧名思義(yi) ，其主要涉及在固體(ti) 表麵上方發生的氣相化學反應，從(cong) 而導致沉積到該表麵上。
下圖展示了一些比較常見的製備方法
一旦單個(ge) 金剛石微晶在表麵成核，就會(hui) 在三個(ge) 維度上進行生長，直到晶體(ti) 聚結。而形成了連續的薄膜後，生長方向就會(hui) 會(hui) 限定會(hui) 向上生長。
因此得到的薄膜是具有許多晶界和缺陷的多晶国产欧美在线，並呈現出從(cong) 襯底向上延伸的柱狀結構。
不過，隨著薄膜變厚，晶體(ti) 尺寸增加，而缺陷和晶界的數量減少。這意味著較厚薄膜的外層通常比初始形核層的質量要好得多。
下文中會(hui) 提到的在金剛石薄膜用作熱管理散熱器件時，通常將薄膜與(yu) 其基材分離，底部的 50-100 um 是通過機械拋光去除。盡管如此，在 CVD 過程中獲得的金剛石薄膜的表麵形態主要取決(jue) 於(yu) 各種工藝條件，導致其性能表現個(ge) 不一致，相差很大。這也為(wei) 作為(wei) 散熱国产成人在线观看免费网站中的一些參數測量，例如熱導率等帶來了很大挑戰。
金剛石薄膜在作為(wei) 散熱熱管理材料国产成人在线观看免费网站時，有著不錯的前景，與(yu) 此同時也伴隨著巨大挑戰。
一方麵，而在熱學方麵，金剛石具有目前所知的天然物質中Z高的熱導率（1000~2000Ｗ/(m·K )），比碳化矽（SiC）大4倍，比矽（Si）大13倍，比砷化稼（GaAs）大43倍，是銅和銀的4~5倍，目前金剛石熱沉片大有可為(wei) 。
下圖展示了常見材料和金剛石材料的熱導率參數：
另一方麵，但人造金剛石薄膜的性能表現，往往遠遠低於(yu) 這一高水平。
並且就日常表現而言，現代大功率電子和光電器件（5G国产成人在线观看免费网站，半導體(ti) 芯片散熱等）由於(yu) 在小麵積內(nei) 產(chan) 生大量熱量而麵臨(lin) 嚴(yan) 重的冷卻問題。為(wei) 了快速製冷，往往需要一些高導熱性材料製成的散熱片/散熱塗層發熱端和冷卻端（散熱器，風扇，熱沉等等）
CVD 金剛石在很寬的溫度範圍內(nei) 具有遠優(you) 於(yu) 銅的導熱率，而且它還具電絕緣的優(you) 勢。
早在1996年沃納等人就在可以使用導熱率約為(wei) 2 W mm-1 K-1 的大麵積 CVD 金剛石板用於(yu) 各種熱管理国产成人在线观看免费网站。 包括用於(yu) 集成電路的基板（Boudreaux 1995），用於(yu) 高功率激光二極管的散熱器（Troy 1992），甚至作為(wei) 多芯片模塊的基板材料（Lu 1993）。從(cong) 而使得器件更高的速度運行，因為(wei) 設備可以更緊密地安置而不會(hui) 過熱。 並且設備可靠性也有望提高，因為(wei) 對於(yu) 給定的器件，安裝在金剛石上時合流合度會(hui) 更低。
比起現在流行的石墨烯，金剛石也有著其獨特優(you) 勢。
金剛石薄膜的熱導率表征不是一個(ge) 簡單的問題，特別是在膜層厚度很薄的情況下
美國國防部研究計劃局（DARPA）的電子熱管理金剛石薄膜熱傳(chuan) 輸項目曾經將將來自五所大學的研究人員聚集在一起，全麵描述CVD金剛石薄膜的熱傳(chuan) 輸和材料特性，以便更好地進一步改善熱傳(chuan) 輸特性，可見其在国产成人在线观看免费网站端處理優(you) 化之挑戰。
而這其中，用於(yu) 特殊需求材料熱導率測量的飛秒高速熱反射測量（FSTR）（又叫飛秒時域熱反射（TDTR）測試係統）發揮了較重要的作用，它在精確測量通常具有高表麵粗糙度的微米厚各向異性薄膜的熱導率的研究，以及在某些情況下，CVD金剛石薄膜的熱導率和熱邊界改善研究，使其對大功率電子器件的熱管理国产成人在线观看免费网站根據吸引力的研究上發揮了決(jue) 定性指導作用。
常見的材料熱學測試方法，包括閃光法（Laser Flash），3-Ω法，穩態四探針法，懸浮電加熱法，拉曼熱成像法，時域熱反射法（TDTR）等。
而對於(yu) CVD金剛石薄膜的熱學測量，受限於(yu) 在過程中可能需要多層解析、精細的空間分辨率、高精度分析，以及解析薄膜特性和界麵的能力，飛秒高速熱反射測量（FSTR）（又叫飛秒時域熱反射（TDTR）測試係統）已成為(wei) 為(wei) 過去十年來普遍采用的的熱導率測量方法之一。
飛秒高速熱反射測量（FSTR），也被稱為(wei) 飛秒時域熱反射（TDTR）測量，被用於(yu) 測量0.1 W/m-K至1000 W/m-K，甚至更到以上範圍內(nei) 的熱導率
係統適用於(yu) 各種樣品測量，如聚合物薄膜、超晶格、石墨烯界麵、液體(ti) 等。
總的來說，飛秒高速熱反射測量（FSTR）是一種泵-探針光熱技術，使用超快激光加熱樣品，然後測量其在數ns內(nei) 的溫度響應。泵浦（加熱）脈衝(chong) 在一定頻率的範圍內(nei) 進行調製，這不僅(jin) 可以控製熱量進入樣品的深度，還可以使用鎖定放大器提取具有更高信噪比的表麵溫度響應。
探測光（溫度感應）脈衝(chong) 通過一個(ge) 機械級，該機械級可以在0.1到數ns的範圍內(nei) 延遲探頭相對於(yu) 泵脈衝(chong) 的到達，從(cong) 而獲取溫度衰減曲線。
如上文提到，因為(wei) 生長特性，導致典型的金剛石樣品是粗糙的、不均勻的和不同厚度特性的
這就為(wei) 飛秒高速熱反射測量（FSTR）的CVD 金剛石薄膜熱學測量帶來了一些挑戰。
具體(ti) 而言，粗糙表麵會(hui) 影響通過反射而來的探測光采集，且過於(yu) 粗糙導致實際麵型為(wei) 非平麵，這對理論熱學傳(chuan) 遞建模分析也會(hui) 引入額外誤差，在某些情況下，可以對樣品進行拋光以降低表麵粗糙度，但仍必須處理薄膜的不均勻和各向性質差異。
對於(yu) 各向異性材料，存在 2D 和 3D 各向異性的精確解析解，但這使得熱導率和熱邊界電阻的確定更加困難，並且具有額外的未知屬性。
即使樣品中和傳(chuan) 導層鋁模之間總是存在未知的邊界熱阻，但是通常使用單個(ge) 調製頻率可以從(cong) 樣本中提取兩(liang) 個(ge) 未知屬性，這意味著在大多數情況下測量可以提取層熱導率。
然而，對於(yu) 金剛石樣品，樣品內(nei) 縱向和橫向熱導率是不同的，這意味著需要額外的測量來提取這兩(liang) 種特性；這可以通過改變一些係統參數來實現校正，參見係統參數描述（詳情聯係請上海昊量光電）。
另一個(ge) 困難是確定金剛石 CVD 的熱容量，根據生長質量和樣品中存在的非金剛石碳（NDC）的數量，生長出來的金剛石的熱容量值相差較大。在這種情況下對於(yu) <5 um的金剛石薄膜，測量將完全穿透金剛石樣品，抵達樣品到下麵的基底材料
（上圖不同情況下的金剛石薄膜TDTR測量分析手段將會(hui) 有很大不同）
這使得測量對金剛石-基底邊界電阻也很敏感。這意味著測量可能總共有五個(ge) 未知參數：1）鋁膜-金剛石間邊界熱阻，2）金剛石內(nei) 橫向熱導率，3）金剛石內(nei) 縱向熱導率，4）金剛石熱容量，5）金剛石-基底材料間邊界熱阻
即使結合一定分析處理手段，見設備說明（詳情聯係請上海昊量光電），準確提取所有未知參數也很困難。
確認 測量相對於(yu) 樣本尺寸的采樣量很重要；飛秒高速熱反射測量（FSTR）通常是基於(yu) 標準體(ti) 材料傳(chuan) 熱建模，而現在一些測量的塊體(ti) 材料樣品越來越小，對於(yu) 高質量的單晶半導體(ti) ，基於(yu) 塊體(ti) 材料的傳(chuan) 熱模型分析假設是有效的，但是對於(yu) 更多缺陷和異質材料，例如 CVD 金剛石，這個(ge) 假設就隻是一個(ge) 近似值。
通常而言，金剛石生長過程中，顆粒梯度會(hui) 非常大，這也可能會(hui) 導致熱導率梯度非常大。
此外，非金剛石碳（NDC，non-diamond carbon）含量、晶粒尺寸或表麵粗糙度的局部變化也可能影響熱導率的局部測量。TDTR測量中，可以 通過控製調製頻率，從(cong) 而實現加熱深度控製，從(cong) 而實現采樣深度控製（詳細技術討論聯係請上海昊量光電）
對於(yu) 不同熱導率樣品和不同加熱頻率，測量薄膜中采樣 可能從(cong) 1-2 um 到 20 um 不等 （相對應的，薄膜厚度超過300微米）
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