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D. Dietzel, S. Chotikaprakhan, H. Bangert, C. Eisenmenger-Sittner, E. Neubauer, B.K. Bein, J. Pelzl:
"Thermische Charakterisierung von Kupferbeschichtungen im Kupfer-Kohlenstoff-Verbund mittels modulierter Thermoreflexion";
Vortrag: Verbundwerkstofftagung 2003, Wien, Österreich; 02.07.2003 - 04.07.2003.

Thermische Charakterisierung von Kupferbeschichtungen im Kupfer-Kohlenstoff-Verbund mittels modulierter Thermoreflexion
D. Dietzel, S. Chotikaprakhan, H. Bangert+, C. Eisenmenger-Sittner+,
E. Neubauer* +, B.K. Bein, J. Pelzl

Exp.Phys. III, Solid State Spectroscopy, Ruhr University, D-44780 Bochum, Germany
+ Vienna University of Technology, Solid State Physics - Thin Film Group, Austria
* ARC Seibersdorf Research GmbH, Dept. Materials and Production Engineering, Austria

Bei Cu-Beschichtungen von etwa 1 µm Dicke, die zwecks Verbesserung der Haftung mit zusätzlichen Ti-Zwischenschichten von etwa 10 nm auf Glaskohlenstoff-Substraten aufgebracht wurden, war es möglich, den thermischen Kontaktwiderstand mit Hilfe der IR-Detektion thermischer Wellen bei Modulationsfrequenzen der thermischen Wellen zwischen 1 Hz und 100 kHz zu messen [1]. Dagegen ließen sich wegen der geringen Dicke der Cu-Schichten die thermischen Eigenschichten der Cu-Beschichtungen nicht eindeutig bestimmen.

Um in solchen Kupfer-Kohlenstoff-Verbunden auch die effektiven thermischen Eigenschichten der Cu-Beschichtungen messen zu können, die einerseits weitgehend durch die Plasma-Beschichtungsbedingungen beeinflusst werden und die andererseits gerade für die guten Wärmetransporteigenschaften solcher Verbunde verantwortlich sind, wird in der vorliegenden Arbeit ein alternatives Verfahren der thermischen Charakterisierung angewandt und weiterentwickelt: Das Verfahren der modulierten optischen Reflexion, bei dem mit einem intensitäts-modulierten Ar-Ionen-Laserstrahl thermische Wellen angeregt werden und die resultierenden Variationen des optischen Reflexionsvermögen mittels eines separaten Sondenstrahls (He-Ne-Laser) detektiert werden.

Bei diesem Verfahren können thermische Wellen bei höheren Modulationsfrequenzen detektiert werden, was eine verbesserte Auflösung dünner thermisch gut leitender Schichten zulässt, und zudem kann bei kontrollierter lateraler Defokussierung zwischen Anregungsstrahl und Sondenstrahl die Laufstrecke der thermischen Welle vergrößert werden, was zu einer genaueren Charakterisierung des Wärmetransports in Längsrichtung der Kupferbeschichtung führt.
Zusätzlich können die laterale Homogenität der Kupfer-Beschichtung und Inhomogenitäten im thermischen Kontaktwiderstand zwischen Kupferbeschichtung und Kohlenstoffsubstrat mit der Thermoreflexion bei einer lateralen Auflösung im µm-Bereich sichtbar gemacht werden.

[1] E. Neubauer, G. Korb, C. Eisenmenger-Sittner, H. Bangert, S. Chotikaprakhan, D. Diet- zel, A.M. Mansanares, B.K.Bein, The Influence of Mechanical Adhesion of Copper Coat- ings on Carbon Surfaces on the Interfacial Thermal Contact Resistance, ICTF 2002, Bratislava, to be publ. Thin Solid Films 2003.