Wärmeleitfähigkeitsmessungen an dünnen Schichten auf Trägersubstraten unter besonderer...
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Wärmeleitfähigkeitsmessungen an dünnen Schichten auf Trägersubstraten unter besonderer Berücksichtigung methodischer Aspekte der Messtechnik (entstanden in der Professur Physik dünner Schichten) Computergestütztes Messen Studiengang „Sensorik – kognitive Psychologie“ Seminar am 24.10.2011; 07:30 Uhr Thomas Franke
Wärmeleitfähigkeitsmessungen an dünnen Schichten auf Trägersubstraten unter besonderer Berücksichtigung methodischer Aspekte der Messtechnik (entstanden
Wrmeleitfhigkeitsmessungen an dnnen Schichten auf
Trgersubstraten unter besonderer Bercksichtigung methodischer
Aspekte der Messtechnik (entstanden in der Professur Physik dnner
Schichten) Computergesttztes Messen Studiengang Sensorik kognitive
Psychologie Seminar am 24.10.2011; 07:30 Uhr Thomas Franke
Wozu Wrmeleitfhigkeitsmessungen? Wie ordnen sich diese in das
Gesamtkonzept der Arbeitsgruppe ein? Existiert z. B. ein
Skalierungsverhalten? Wie kann ich berhaupt an dnnen Schichten, die
nicht frei tragend sind, vernnftig messen?
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Elektrischer Widerstand bei 1,8 e/a am grten Wrmeleitfhigkeit
am kleinsten genauere Untersuchungen zeigen, dass
Phononenwrmeleitfhigkeit nahezu unbeeindruckt Eindeutiges
Skalierungsverhalten
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Substrate ? Wie kann ich definiert eine bestimmte Wrmemenge Q
in die Probe einspeisen? Gelingt es, den gesamten Temperatur-
bereich zwischen 1,2 K und 350 K zu erfassen? Worin besteht das
grundlegende Messprinzip?
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A B 1 mm 1 2 3 strukturierte Si-Substrate Quarzsubstrat
Widerstandsschicht Au-Kontakte Anordnung der Substrate Gesamtflche
15 mm x 15 mm Abstand vom Wolframbndchen 11 cm Raumwinkel ca. 1.5
msr gleiche Eigenschaften auf allen Substraten Al AuGe 2080
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Wrmeleitfhigkeitsmessungen
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Messgren (Messprogramm) Spannungen U-low und U-high
festgelegter Bolometerstrom I (Spannungsabfall ber R-Przission)
damit R-low, R-high, P-low, P-high als Funktion der Temperatur T
---> R(T) Geometrie
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Parallelschaltung zweier Wrmewiderstnde Bruttomessung -
Taramessung = Nettoergebnis ( d) Schicht+Substrat - ( d) Substrat =
( d) Film/Schicht Problem hierbei ist ein ausreichendes Messsignal
---> dnne Substrate ---> der Schicht muss deutlich grer sein
im Vergleich zum Substrat ---> Aufdampfen gengend dicker
Filme
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Berechtigte Frage bezglich der Substrate: Gelingt eine
Minimierung der Messzeit durch Messung nur eines Substrates jeder
Art mit anschlieender Verallgemeinerung auf alle Substrate? Mssten
innerhalb eines Wafers nicht wirklich alle Substrate gleich sein
hinsichtlich der Wrmeleitfhigkeit?
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Fazit: Die Unterschiede zwischen den einzelnen Substraten sind
insbesondere fr Au 20 Ge 80 so gro, dass die beabsichtigte
Messzeiteinsparung in keinem ausreichenden Verhltnis zur
Genauigkeit der Messungen steht also muss fr jede Probe der
Untergrund vor dem Aufdampfen bestimmt werden !!
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Probenbersicht Au 20 Ge 80 als erster Versuch, amorphe HL zu
messen Datensatz zum Spielen und Austesten des Auswerte- programmes
fr Wrmeleit- fhigkeits- messungen Cu 50 Sn 50 zum Beurteilen der
Reproduzier- barkeit (2 unabhngige Messungen) Cu 70 Sn 30 Cu 73 Sn
27 ---> 1,8 e/a
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a - Au 20 Ge 80 These: In amorphen HL msste ein vorhandenes
Plateau, wie es von Dielektrika bekannt ist, wesentlich deutlicher
ausgeprgt sein als in elektronischen Systemen berprfung eines
Auswertepro- grammes am Beispiel einer 13...18 spaltigen und ca.
1000 zeiligen Matrix, die den Messdatensatz enthlt
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Fazit: Die aufgedampfte Au 20 Ge 80 -Schicht ist viel zu dnn
angesichts der schlechten Wlfhgk. Amorpher Metalle mssen dickere
Schichten aufgedampft werden also grere Einwaagen (ca. 500 mg!) Die
Frage nach dem Plateau bleibt !? Supraleitung ab 1,61... 1,62
K
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Reproduzierbarkeit am Beispiel amorpher Cu x Sn 1-x -Schichten
Erster Versuch zum Kennenlernen von Apparatur und Messroutine: Cu
75 Sn 25 dann systematische Untersuchung von Cu 50 Sn 50 im
Vergleich zu Schmidt Cu 70 Sn 30 in der Nhe von 1,8 e/a Cu 73 Sn 27
genau bei 1,8 e/a
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1,8 e / a oder Cu 73 Sn 27 Plateau oder nicht ?!
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Kritik: Auswerteprogramm muss noch erheblich verbessert werden
dazu sind aber nun Spezialkenntnisse in numerischer Mathematik ntig
denn die Auswerteroutine selbst luft fr jeden Datensatz
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Noch einmal auf einen Blick: Messbares Signal mit nur ca. 120
nm Schichtdicke Auflsbare Phononenwrmeleitfhigkeit Elektronenanteil
deutlich kleiner als Phononenbeitrag wenn ein Plateau da ist, muss
es auch sichtbar sein weitere Untersuchungen an phononischen
Systemen Messmethodik selbst funktioniert
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Genauigkeit und Reproduzierbarkeit Vergleich mit den Messungen
von Ralf Schmidt (1998)
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1. Beispiel: Cu 70 Sn 30 System mit reduzierter
Elektronenleitfhigkeit
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2. Beispiel: Cu 50 Sn 50 System mit hherer
Elektronenleitfhigkeit
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Schlussfolgerungen / Konsequenzen Reproduzierbarkeit und
Genauigkeit der Messungen nachgewiesen Auf Temperatur des Bndchens
beim Aufdampfen achten Einwaage im Hinblick auf ntige Schichtdicke
kontrollieren Plateausuche zunchst im Dielektrikum bzw. amorphen
Halbleiter