Prakt. Met. Sonderband 47 (2015) 245 
Diinnschichtkalorimetrie auf der Basis piezoelektrischer Langasit- 
Resonatoren: Einfluss der Schichtdicke auf die Bestimmung der 
Schmelzenthalpie von Zinn-Schichten 
S. Schroder, H. Wulfmeier, H. Fritze 
Technische Universität Clausthal 
I Motivation 
Diinne Schichten nehmen in Wissenschaft und Technik eine immer bedeutendere Rolle ein. 
Beispielsweise werden sie in Diinnschicht-Batteriezellen, in der Optik oder in mikroelektroischen 
Systemen eingesetzt. Aus wissenschaftlicher Sicht besteht bei der Schmelzpunkterniedrigung 
diinner Schichten weiterer Forschungsbedarf. 
Zur Charakterisierung der thermodynamischen Eigenschaften diinner Schichten wurde daher ein 
neuartiges Diinnschichtkalorimeter (Thin Film Calorimeter, TFC) entwickelt. Auf der Grundlage 
von piezoelektrischen Langasit-Resonatoren (La;GasSiO4, LGS) ermdglicht es die Messung der 
Schmelztemperatur und —enthalpie dünner Schichten bis zu Temperaturen von ca. 1100 °C. Der 
Vorteil des TFC-Systems liegt in der Kombination von Hochtemperaturtauglichkeit und 
Dünnschichtkalorimetrie. Die Funktionsfähigkeit der TFC wurde bereits bestätigt [1, 2, 3]. 
2 Das Dünnschichtkalorimeter 
Das TFC-System nutzt die Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz von LGS-Resonatoren, 
die als Volumenschwinger (Thickness Shear Mode, TSM) verwendet werden. Das 
Schwingungsverhalten beschichteter LGS-Resonatoren kann durch ein eindimensionales 
physikalisches Modell oder das Butterworth-van-Dyke-Ersatzschaltbild (BvD-ESB) für TSM- 
Resonatoren [4] beschrieben werden. 
2.1 Funktionsprinzip des Diinnschichtkalorimeters 
Abbildung 1 zeigt den Temperaturverlauf des Ofens und des Resonators, sowie den 
Resonanzfrequenzverlauf des Resonators. Die Frequenzabhingigkeit der Admittanz eines 
Resonators in der Nähe ihres Maximum kann in guter Näherung durch eine Lorentz-Funktion 
beschrieben werden [5]. Die Resonanzfrequenz selbst kann am Admittanz-Maximum abgelesen 
werden und hängt bei einem beschichteten LGS-Resonator von der Dicke des Resonators, von der 
Massenbeladung der aufgebrachten Dünnschicht und der Temperatur des Resonators. 
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Abbildung 1. Funktionsprinzip des Diinnschichtkalorimeters (TFC) [1] 
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