Aufgrund steigender Leistungsdichten nimmt die produzierte Verlustwärme in elektronischen Bauteilen zu. Erhöhte Temperaturen führen zu verkürzter Lebenszeit und vermehrten Fehlfunktionen. Aus diesem Grund nimmt der Abtransport von Wärme einen immer wichtigeren Stellenwert ein. Um Wärme effektiv abtransportieren zu können, muss die thermische Leitfähigkeit verbauter und zukünftiger Dünnschichtmaterialien bekannt sein. Die 3-Omega Methode ist ein Messverfahren zur Bestimmung der thermischen Leitfähigkeit. Für ihre Benutzung muss ein periodisch erwärmter Heizer auf der Probe aufgebracht werden, dessen Länge und Breite das Messergebnis teils stark beeinträchtigen kann. Um dem entgegenzuwirken, wird eine Mess- und Auswerteprozedur entwickelt, die mehrere Heizer mit unterschiedlichen Strukturabmessungen untersucht. Auf diese Weise kann ein Heizerunabhängiges Ergebnis erzeugt werden. Die Methode wird durch Vergleichsmessungen mit einer kommerziellen Time Domain Thermoreflectance (TDTR) Methode verifiziert und eine ausführliche Analyse der Auswertung und der Ergebnisse folgt. Zusätzlich werden die Grenzen der Methode hinsichtlich minimal detektierbarer Schichtdicke und maximal detektierbarer thermischer Leitfähigkeit untersucht. Es zeigt sich, dass bei Materialien mit kleiner thermischer Leitfähigkeit Schichten von wenigen Nanometern Dicke untersucht werden können. Des Weiteren wurden Schichten mit einer thermischen Leitfähigkeit von über 100 W/(m*K) erfolgreich vermessen. Zusätzlich zur neuen Auswertemethode wird ein zweiter Machine Learning (ML) basierter Ansatz untersucht. Dazu werden verschiedenste ML-Modelle sowie ein neuronales Long Short-Term Memory (LSTM) Deep Learning Netz trainiert. Es konnte ein LSTM-Netz erzeugt werden, das Ergebnisse mit einer Abweichung von weniger als 1% gegenüber den Zielwerten erreicht. Zur Auswertung wird dabei eine kleinere Anzahl an Messungen benötigt als für die vorher beschriebene Methode. Als Letztes wurde ein Verfahren entwickelt, das die 3-Omega Methode mit der Scanning Thermal Microscopy (SThM) kombiniert und Messungen an Luft erlaubt. Dadurch können die zwei Hauptnachteile der klassischen 3-Omega Methode ausgeglichen werden. Zum einen ist die Probenpräparation mit dem Aufbringen der nur wenige Mikrometer breiten und einigen hundert Nanometer hohen Heizer sehr aufwändig und zum anderen gibt die Methode nur einen Mittelwert über die gesamte Heizerfläche aus, liefert aber keinerlei Aufschluss über lokale Beschaffenheiten. Letzteres ist gerade bei sinkenden Strukturgrößen von wachsender Bedeutung. Die entwickelte Methode ist in der Lage lokale thermische Leitfähigkeiten quantitativ zu bestimmen. Dafür nutzt sie eine AFM-Spitze als Heizelement, weshalb kein zusätzlicher Heizer benötigt wird. Die Methode wird durch Vergleichsmessungen mit der verbesserten 3-Omega Methode verifiziert und es werden verschiedene Messungen an Bulk- und Dünnschichtmaterialien gezeigt.    «

Aufgrund steigender Leistungsdichten nimmt die produzierte Verlustwärme in elektronischen Bauteilen zu. Erhöhte Temperaturen führen zu verkürzter Lebenszeit und vermehrten Fehlfunktionen. Aus diesem Grund nimmt der Abtransport von Wärme einen immer wichtigeren Stellenwert ein. Um Wärme effektiv abtransportieren zu können, muss die thermische Leitfähigkeit verbauter und zukünftiger Dünnschichtmaterialien bekannt sein. Die 3-Omega Methode ist ein Messverfahren zur Bestimmung der thermischen Leitfä...    »