Прибор на основе двух лазеров измерит теплопроводность материалов для электроники

13 ноября 2023
153

Ученые из ООО «Терагерцовая Фотоника» (Резидент «Сколково», Санкт-Петербург), Образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы» Университета ИТМО (Санкт-Петербург) и Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна (Санкт-Петербург) разработали новую методику, которая позволяет быстро, легко и бесконтактно измерять теплопроводность объемных и наноразмерных тонкопленочных образцов без разрушения. Устройство состоит из двух лазеров: излучение первого — лазера накачки — на длине волны зеленого цвета нагревает образец, а отраженное от образца излучение второго — зондирующего лазера — на длине волны красного цвета используется для измерения теплопроводности.

В зависимости от того, насколько нагрелся материал, он по-разному отражает свет красного лазера, поэтому данные об отражательной способности образца позволяют рассчитать его теплопроводность.

С помощью новой методики авторы измерили теплофизические свойства материалов, из которых изготавливается датчик терагерцового излучения, для создания численной модели данного прибора. Излучение такого типа используется для изучения самых разных объектов: от живых тканей до багажа в аэропорту в режимах на отражение и пропускание, поскольку позволяет более безопасным, чем рентген, способом просканировать непрозрачные материалы. Опираясь на полученные данные по теплопроводности, ученые изготовили терагерцовый детектор.

Авторы экспериментально проверили, насколько точно датчик воспринимает излучение, которое при работе будет поглощаться образцом. Для этого прибор освещали терагерцовым излучением с известными характеристиками (интенсивностью и длиной волны) и проверяли, насколько точно эти данные воспроизведет устройство. Эксперимент показал, что по чувствительности и скорости отклика на излучение прибор не уступает уже существующим детекторам и хорошо согласуется с численной моделью данного устройства. При этом новое устройство обладает важным преимуществом перед ними — оно дешевле аналогов и проще в изготовлении, а также может работать при комнатной температуре, тогда как большинство других подобных приборов требуют охлаждения до сверхнизких температур порядка -270°С.