空间域热反射法SDTR测试的数据形式和对测试样品的预备需求
SDTR的测试数据形式简介和测试样品要求
空间域热反射法SDTR适合测量薄膜样品或块体的面内热导率kr，是一种激光泵浦探测法，通过测量泵浦光在样品上生成的温度场来测定样品的面内热导率；通过另一束探测光束探测在样品处的微小反射率变反应出样品处的温度场，随着泵浦与探测光在样品上的焦点分离距离的增加，探针位置温度场的相位滞后增大，振幅也迅速减小。
图1：SDTR的相位扫描曲线示意图(1kHz、10kHz、50kHz三种频率下的相位)
在扫描中心附近，相位分布主要由泵浦光束和探针光束的有限尺寸决定，但随着扫描距离增大，相位曲线变成线性的，并且其斜率与薄膜和衬底的热导率和扩散率有关。
图2：SDTR的相位(a)和振幅扫描曲线(b)示意图(图中数据为Ti/Si样品)
图2(a)和2(b)所示分别为整个扫描范围内的相位信号和幅值信号，理论上两种信号都是以零点(泵浦光斑和探测光斑重合位置)左右对称，虽然理论面内热导率kxx需要从对整个坐标轴范围的斜率Δφ进行拟合而得到，但实际的拟合结果主要决定于xc＞2ω(ω为光斑直径)处的斜率，同样的，在振幅信号中(图2(b)所示)的曲线中，ω的敏感度主要为振幅曲线的半高宽。因此通过SDTR的同次测试结果中可同时确定样品的扫描方向的面内热导率kxx和有效光斑直径ω。
SDTR对测试样品有一定的要求：首先要确定样品的金属传感层的金属材料在SDTR的探测光束的波长处有较高的热反射系数，对于常见的金属材料的热反射系数见图3(b)；同时还要考虑传感层的金属材料对SDTR泵浦光有较高的吸收系数(a)。
图3：常见金属材料对光的吸收系数(a)和热反射系数(b)
对于SDTR的样品还要保证表面光滑均匀，这样不仅方便照射至样品的探测光束能更好地被反射至探测器中，还能使在SDTR同一次测试扫描的空间范围内不会因表面粗糙度的不均匀而带来较大的数据误差，至少保证在一次的SDTR测试的扫描空间范围内的粗糙度是均匀的；这也限制了样品的理论zui小尺寸，该范围的大小跟聚焦在样品处的光斑大小相关，例如泵浦和探测光斑直径若为10μm，则该范围约为直径100μm的圆形区域，但为了方便样品的放置实际测试样品的大小可根据需求可更大，但不能小于该zui小尺寸。
此外对于样品的金属传感层的热导率也有要求，如果金属传感层具有比样品层高很多的热导率，热量将在传播到样品之前就在金属层的面内热传导，而不是样品层。在这种情况下，相位对金属层面内热导率的敏感度会增加，而对样品层的面内热导率的敏感度将降低。所以不利于面内热导率的测量，会导致zui终的测量结果与实际的有较大的差异。如果要保证对样品的面内热导率较高的测量精度（或者较高的敏感性），则建议金属层的热导率不高于样品层的10倍，这限制了对于某一种金属作为传感层时能测得的zui低的样品层热导率，比如以Al膜(240W/(K·m))作为传感层时测试样品的的zui低热导率建议不低于24W/(K·m)；如果要测试热导率低于该值的样品建议更换较低热导率的传感层，并且尽可能保证其他对于样品传感层的要求(例如较高的探测光波长热反射系数和泵浦光波长的吸收系数、粗糙度)。
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相关文献：
[1] Jiang P , Wang D , Xiang Z ,et al.A new spatial-domain thermoreflectance method to measure a broad range of anisotropic in-plane thermal conductivity[J].International Journal of Heat and Mass Transfer, 2022, 191:122849.
[2]Hurley, David H ,Schley,et al.Local measurement of thermal conductivity and diffusivity[J].2023.
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