时域热反射是一种非常适合热物理性质测量的技术。相应的光谱材料响应从100 MHz扩展到10 THz。然而，时域热反射的最终带宽不受光学采样的限制，而是受沉积在样品上的金属传感器的限制，该传感器通常是分辨率和带宽的最终限制因素。
TDTR专题：泵浦热探测中金属传感器薄膜热传导性能（一）
热传导过程
在泵浦光与金属传感器作用后数十飞秒内，吸收的能量通过电子-电子碰撞引起电子的非平衡热分布，然后通过电子-声子碰撞传递能
量。这可通过双温模型（2TM）描述，电子温度为Te，声子温度为Tp。 最后，电子、声子间的热平衡在几皮秒内到达。
双温模型条件
达到热平衡(Te=Tp)且样品层内声子弛豫(Tp递减)已经开始。
薄膜传感器中的电子-声子演化
图1. (a) 150纳米和(b) 50纳米厚的铝膜表面(红色)和铝/二氧化硅界面(蓝色)的电子Te(实线)和声子Tp(虚线)温度
如图1红线，铝中电子温度迅速升高，迅速驰豫，代表能量从电子快速转移到声子。如图1蓝线，150 nm传感器在界面处没有明显的热
传递，50 nm的传感器在界面处电子温度明显增加。
图2. (a)、(b)：声子温度弛豫，(c)、(d)：金/二氧化硅(黑色)和铝/二氧化硅(红色)薄膜界面处的电子和声子温度差，厚度分别为(a)、(c) 150 nm和(b)、(d) 50纳米
图2为金与铝在相同吸收能量下通过双温模型计算得到。金电子比热容比铝低一半导致金显示出比铝高的温升。金电子-声子耦合常数
比铝小12倍导致金的能量转换比铝慢。另外金有较高的电子热导率，允许金中有快速的电子热通量，再由于弱的电子-声子耦合，金膜
中的温度迅速均匀化。相反，在电子-声子耦合常数更强的铝膜中，电子迅速将其能量释放到声子中，然后声子开始在金属膜的厚度上
扩散。
薄膜-衬底界面的声子输运(长时间尺度)
图3.（a）、(b)传感器-衬底界面声子弛豫，(c)、(d)不同传感器下传感器-衬底界面电子、声子温差时域图
传感器在将热能传输到样品层起主要作用。这种转移，特别是声子能量的转移，取决于传感器的热性质，这导致换能器和样品间界面处
的热平衡和不同的热传递。当达到热平衡后声子温度开始下降时，就可以得到这种声子热输运。图3示出通过双温度模型在更长的时间
尺度上计算的在150 nm和50 nm厚度下，在金/二氧化硅和铝/二氧化硅界面处的声子温度。
图3(a)和3(b)显示电子-声子耦合常数对界面声子温度的影响。铝膜中较高的电子-声子耦合使其热平衡快于金膜。界面处电子和声子温
差趋于零，铝和金分别在2 ps和10 ps左右达到热平衡。此外，铝/二氧化硅界面处的声子温度振幅比金/二氧化硅界面处的声子温度
振幅大。而对于50纳米厚的膜，金属厚度将更接近光学穿透深度，使得铝膜热更透明。
此外，当铝声子达到它们的热平衡时，在薄膜(50 nm)中激发40 ps后，温度开始下降并热化。这比金(150 ps)短4倍。即使150 nm，
铝中声子温度的快速弛豫也意味着更快的热传递和更高的铝膜透明度。因此铝表面吸收的大量能量从电子转移到声子，从而在样品层内
流动。金属传感器中的热飞行时间是TDTR热时间分辨率的实际限制因素。相反，金膜中低电子-声子耦合导致向界面弱且慢的声子热传
输，从而导致对底层热特性的低敏感性。
下期将会对频域上的热响应及其他金属的热行为进行介绍。
您可以通过我们的官方网站了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。
