簡介光熱反射法中的時域熱反射和空間域熱反射。
光熱反射法的研究背景介紹
薄膜的熱處理是現在電子技術發展領域中遇到的重要問題，一定程度地影響著科技技術的發展，而光熱反射法是能夠測量亞(ya) 微米尺度的薄膜熱物性優(you) 選方法。光熱反射法中時域熱反射TDTR和頻域熱反射FDTR尤為(wei) 收到人們(men) 的關(guan) 注，在這裏介紹TDTR和FDTR技術的研究背景。
將泵浦激光束聚焦在樣品表麵，形成一個(ge) 高斯形狀的熱源，而探針激光束聚焦在同一點，測量反射率的變化。對於(yu) 微小的溫度變化，反射率的變化與(yu) 附加屈光度係數的表麵溫度的變化成正比。樣品通常塗有一層較薄的金屬傳(chuan) 感層(如100鋁膜或金膜)。TDTR和FDTR是非接觸式光泵-探針技術，其中一束光（泵浦光）作為(wei) 熱源，而第二束光（探測光）通過表麵反射率的變化來檢測由此產(chan) 生的溫度變化，如圖1中所示。通常，探測光會(hui) 選用傳(chuan) 感層金屬的熱反射係數絕對值較高的波長，而泵浦光選用傳(chuan) 感層吸收係數較高的波長，以保證在同樣的光功率和光功率密度下更大的樣品反射率幅度變化，如鋁膜傳(chuan) 感層選用800nm的探測光和400nm的泵浦光；金膜選用532nm探測光和1064nm的泵浦光等。所以對於(yu) TDTR和FDTR的測試樣品都需要保證測樣品表麵的光滑，一般建議樣品表麵粗糙度小於(yu) 5nm，而且需要進行鍍金屬傳(chuan) 感層等的一些預處理。
圖1：左-頻域熱反射(FDTR)示意圖；右-時域熱反射(TDTR)示意圖；
在FDTR中，泵浦光束在多個(ge) 頻率下進行調製，用鎖定放大器測量泵浦光束與(yu) 探頭波束之間的相位滯後。而在TDTR中，泵浦光束和探測光束來源於(yu) 脈衝(chong) 激光源，由光路中的多回射鏡組位移台控製的兩(liang) 光束之間光程差，而分析泵浦脈衝(chong) 之後的溫度場隨時間的響應，同時泵浦光束的脈衝(chong) 在一個(ge) 或多個(ge) 頻率上施加調製，以便於(yu) 通過鎖相檢測同頻信號，而且TDTR中鎖相放大器獲得信號的振幅、相位或同相X與(yu) 失相Y分量的比值都可以作為(wei) 可觀測參數。FDTR和TDTR的相位數據測試曲線如圖2中所示。一般FDTR實驗探測樣品在kHz到MHz範圍內(nei) 溫度頻率響應，而TDTR則可以探測到GHz頻率的溫度響應。
圖2：左-頻域熱反射(FDTR)測得的頻率-相位數據示意圖；右-時域熱反射(TDTR)測得的時間-相位數據示意圖；
其中TDTR的優(you) 點由超快的皮秒級時間分辨率，能處理載流子之間的非平衡動力學，提高了對熱界麵導和薄膜熱性能的敏感性；而在FDTR的優(you) 點是在測試係統避免了機械延遲階段的複雜性和脈衝(chong) 激光係統的高成本，並且針對不同的測試樣品可適當的調製頻率範圍使的FDTR對多種類型的薄膜熱測量都具有較高靈敏度。
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