3-Omega-Methode
Die Messung der Wärmeleitfähigkeit dünner Schichten von elektrisch nichtleitendem Material wird mit der 3-Omega-Methode nach Cahill [1,2] durchgeführt. An einen temperaturabhängigen Widerstand wird ein sinusförmiger elektrischer Strom mit der Frequenz ω angelegt. Dies führt zu einer Spannung mit einem ω- und 3-ω-Anteil. Die Schwingungsanteile verursachen eine thermische Diffusionswelle in die Probe.
Die Wärmeleitfähigkeit wird aus der Steigung des Realteils der 3-ω-Spannung über der logarithmischen Frequenz bestimmt.
Beispiel: Messung eines Polymerbeschichtung auf einem Silicium-Grundträger
Dargestellt sind die Messergebnisse der Charakterisierung einer Polymerbeschichtung auf einem Silicium-Substrat – aufgeteilt in Real-, Imaginärteil sowie der Gesamtspannung. Die Thermische Welle, hier aufgeführt der 3-Omega-Anteil, dringt dabei in das Material ein. Die Eindringtiefe ist hierbei abhängig von der Frequenz. Bei für kleinere Frequenzen und eine tiefere Eindringung kann so das Trägermaterial eines Zweischichtsystems untersucht werden.
Höhere Frequenzen bedeutet eine geringere Eindringtiefe, was die Messung der oberhalb liegenden Schicht erlaubt.