面向扫描热显微镜的高通量、寄生独立探针热阻校准技术
仪器与探测器
2026-03-12 v4
摘要
纳米结构材料是半导体器器件热管理的关键材料，在热传导中表现出强烈的尺寸依赖性。研究尺度为界面的热阻变化对于设计有效的热界面材料至关重要。基于 FDTR 的技术可在微米（μm）尺度提供热阻映射。扫描热显微镜（SThM）能够以显著更高的空间分辨率（<100 nm）对局部热传导进行定量分析。然而，将原始信号定量化为热导率和表面灵敏度的挑战限制了其在理解纳米尺度热传播及缺陷介导热性能方面的广泛采用。本文引入一种基于电路的探针热阻（R_p）校准技术，独立于寄生热通道，实现对探针热耗散和探头温升的精确确定，从而实现局部热阻的提取。SThM 在映射沉积于 SiO_2 基板上厚度为 15 nm 的 Al 薄膜的热阻时实现了亚 100 nm 的空间分辨率。热阻图被转换为热导率，使用考虑探头-样品几何、横向热扩散和 buried 界面效应的鲁棒解析模型和有限元模型。对像素级热阻值的高斯分布拟合得到 Al 的热导率为 45.1(+4.7/-3.6) W/(m.K)，该结果代表了该超薄 Al 薄膜（13-15 nm）比 bulk 铝（237 W/(m.K)）的降低 5.3 倍。这些结果与已发表的实验数据和解释超薄金属薄膜厚度相关热传播的理论框架一致。
引用
@article{arxiv.2511.09960,
title = {High-throughput Parasitic-independent Probe Thermal Resistance Calibration for Robust Thermal Mapping with Scanning Thermal Microscopy},
author = {Ram Munde and Heng-Ray Chuang and Raisul Islam},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.09960},
year = {2026}
}