FDTR：频域热物性测试系统

在现代⼯业中，材料的热性能，尤其是热物理性能，变得越来越重要。这些性能在⾼性能微电⼦器件的散热材料、可持续能源中的热电材料、节能领域的绝热材料以及涡轮叶⽚的热障涂层（TBC）等⽅⾯都有⼴泛的应⽤。在各种热物性参数中，导热系数尤为关键。随着电⼦设备设计的进步和对有效热管理需求的增加，纳⽶薄膜材料得到了⼴泛关注。纳⽶级薄膜的厚度通常⼩于块体材料的典型晶粒粒径，因此其热物理性能与块体材料有显著不同。在纳⽶级厚度范围内，精确测量热扩散系数和导热系数的需求变得越来越迫切。

频域热反射（Frequency-domain Thermoreflectance，FDTR）是一种基于激光抽运探测（Pump-Probe）技术的非接触式导热测量⽅法。通过改变泵浦光的调制频率并分析相位延迟信号，它可以同时拟合出材料的⾯内热导率、⾯外热导率、界⾯热导以及热容量等参数。该技术⽤于研究多种材料的微观热输运性质，包括纳⽶薄膜材料和液体材料的热导率，固-固材料界⾯和固-液材料界⾯的热导，以及在极低温（4K）和超⾼压（10GPa）条件下的热输运。相比其他类似导热测量技术，如⻜秒激光时域热反射（TDTR）技术，FDTR⽅法没有机械延迟阶段，同时可以使⽤连续波（cw）激光器，功率可根据需求调节，适用于各种低损伤阈值材料。

FDTR 的测试原理可以概括为三个关键环节：产生周期性热扰动、探测温度响应以及通过模型反演热物性参数。

首先泵浦激光（通常为连续激光），其强度会按照特定的特定频率被调制。经调制后的泵浦光聚焦到样品表⾯，测量所使⽤的典型样品结构如图所⽰，为保证样品吸收和光热反射系数较高，通常在被测样品表⾯制备厚度约100纳⽶的⾦属薄膜，通常为铝、⾦、铜等⾦属。 

探测激光（波长与泵浦光不同）与泵浦光共线且聚焦于样品表⾯的同一点。由于材料表⾯的反射率会随温度变化（这一效应称为光热反射效应，其比值为光热反射系数），探测光反射回来的光强就携带了样品表⾯的瞬时温度信息。这个微弱的反射信号被光电探测器接收后，由锁相放大器精确测量其相对于泵浦光调制信号的相位延迟。这个相位延迟携带了热波在整个样品内部传播的信息，其随频率变化曲线可以用来是反演样品各层以及层间的热物性模型，并确定相应参数。

为了从相位延迟 Vs. 频率曲线中得到材料的热物性参数，需要将其与基于三维热扩散模型的理论曲线进⾏拟合。这个模型会综合考虑换能器层、待测样品、基底等各层的热容、厚度以及它们之间的界⾯特性。通过调整模型中的未知参数（如⾯内/⾯外热导率、界⾯热导等），使理论曲线与实验数据达到佳吻合，此时模型的参数值即为待测的热物性参数。

通过在宽频范围内改变泵浦激光的调制频率，我们获得了频域测量参数，具有相似或改进的灵敏度，包括均匀材料和薄膜在亚微⽶范围内的热导率以及各层之间的界⾯热导率。

三种基底相位数据及佳拟合曲线：(a)硅、(b)蓝宝石、(c)玻璃，此外还额外展示了将基底热导率改变±25%的对应相位曲线。

1. 系统参微纳尺度材料热物性测量表征；

2. 材料研究与开发:

3. 电子器件研究;

4. 半导体器件测量......

1. 智能敏感度分析功能：系统具备敏感度分析功能，该功能能够系统性地评估不同测试参数对终结果的影响，以便优化测试条件、提⾼测量精度和可靠性。该功能支持对调制频率、样品结构及热物性参数等关键参数的敏感度评估，帮助⽤户理解这些参数变化对样品热物性测量的影响。

2. ⾼效数据采集系统：配备一键式⾃动化数据采集功能，实现测试过程的全流程数据监控。通过⾼精度时序控制与无缝数据记录，确保实验数据的连续性和完整性，显著提升测试效率和准确性。

3. 多层级建模与智能分析：系统内置建模⼯具，可以对采集到的数据进⾏复杂的数学建模，以分析材料的热输运特性。通过这些模型，可以深入理解材料的热物理⾏为，并预测其在不同条件下的性能。

4. 不确定度分析功能：系统具备不确定度分析功能，可以直观地帮助⽤户了解特定参数对测试结果影响的程度，⽅便⽤户对比敏感度与不确定度的关系，为⽤户进⾏样品结构设计提供参考依据。

5. 多项⽬管理平台&⾃定义⼯作流：创新性多任务处理引擎，支持多个项⽬并⾏运⾏与可视化对比，提⾼⼯作效率。提供统一的数据管理界⾯，实现跨项⽬数据集智能比对与分析，⽤户可以根据需要⾃定义测试流程，以适应特定的测试需求。

6. 数据质量优化系统：内置先进的奇异值分析模块，通过参数相关性矩阵与条件数评估，智能判定大可独⽴拟合参数数量，有效避免过拟合问题，保障数据分析的可靠性。