Microscopia Térmica de la Exploración De alta resolución (SThM) con el Microscopio Atómico de la Fuerza de las XE-Series de Sistemas del Parque

Filete del Tema

Antecedentes
Microscopia Térmica de la Exploración De alta resolución (SThM) con las XE-Series AFM
Antena Térmica Nana de las XE-series
Modo de Contraste de la Temperatura (TCM)
Modo de Contraste de la Conductividad (CCM)
Toma de Imágenes Térmica de Nanoscaled por las XE-Series

Antecedentes

Los Sistemas del Parque son el arranque de cinta Atómico de la tecnología (AFM) del Microscopio de la Fuerza, proporcionando a los productos que dirigen los requisitos de toda la investigación y aplicaciones industriales del nanoscale. Con un diseño único del analizador que permita la proyección de imagen Sin contacto Verdadera en ambientes del líquido y de aire, todos los sistemas son totalmente compatibles con un filete muy largo de opciones innovadoras y potentes. Todos Los sistemas son fácil-de-uso, exactitud y durabilidad diseñados en mente, y proveen de sus clientes los recursos finales para el meetiong todas las necesidades presentes y futuras.

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Microscopia Térmica de la Exploración De alta resolución (SThM) con las XE-Series AFM

Ha estado creciendo interés en la dispersión del calor de materiales nanostructured. La XE-serie Que Exploraba modo Térmico de la Microscopia (SThM) fue desarrollada para sondar propiedades térmicas en el nivel del nanoscale. Las aplicaciones de SThM de las XE-series nanofabricated antenas térmicas para lograr la alta resolución sin precedente y la sensibilidad espaciales y térmicas con un esquema único de la detección de señal.

La técnica de SThM de las XE-series correlaciona las propiedades térmicas de la superficie de la muestra usando una antena térmica nanofabricated con un elemento resistente. La XE-serie SThM está disponible en dos modos, Microscopia Térmica del Contraste (TCM) y Microscopia del Contraste de la Conductividad Térmica (CCM). TCM permite que el utilizador mida las variaciones de la temperatura en una superficie de la muestra. CCM permite que el utilizador mida variaciones de la conductividad térmica en una superficie de la muestra.

El Cuadro 1 muestra el diagrama esquemático del sistema de SThM de las XE-series. Un “V” dio forma el elemento resistente se monta en el extremo de un voladizo. Mientras Que la distancia entre la punta de la antena y la superficie de la muestra es controlada por esquema usual del AFM, la antena térmica forma una pata de un puente de Wheatstone (Cuadro 1). Es este puente de Wheatstone que los feedbacces, ajustan, y equilibra el voltaje del puente para medir la temperatura de la antena (TCM) o mantener una temperatura constante de la antena (CCM).

Cuadro 1. diagrama Esquemático del sistema de SThM de las XE-series.

Una imagen topográfica del AFM se puede generar de cambios en la desviación de la amplitud del voladizo. Así, la información topográfica se puede separar de variaciones locales en las propiedades térmicas de la muestra, y los dos tipos de imágenes se pueden cerco simultáneamente.

Antena Térmica Nana de las XE-series

La parte fundamental del SThM es la punta de SThM, que sirve como un termómetro de resistencia (o calefactor en el modo de CCM) al mismo tiempo que una punta del AFM. El elemento térmico de un voladizo responde diferentemente a los cambios en conductividad térmica, y hace el voladizo desviar. Los diseños Anteriores de SThM no podían proporcionar a la suficiente resolución espacial y térmica, limitada crítico por la geometría de una antena térmica cable-basada, es decir cable de Wollastone. La XE-serie SThM utiliza una antena térmica nanofabricated donde un elemento resistente litográfico se modela en la punta del AFM.

Las demostraciones del Cuadro 2 (a) y 2 (b) que exploran imágenes de la microscopia electrónica (SEM) de un Wollaston alambran la antena térmica y la antena térmica nanofabricated usada en las XE-series SThM. El radio de la punta de la antena nanofabricated es cerca de 100 nanómetro activando la exploración térmica de alta resolución de la imagen mientras que el de una antena del cable de Wollaston es más grande que varios cientos nanómetro.

Cuadro 2. Las imágenes de SEM (a) de una Antena Térmica Nana de las XE-series y (b) de un Wollaston alambran.

En el Cuadro 3 y 4, una comparación se hace entre la Antena Térmica Nana de las XE-series y una antena del cable de Wollastone. La muestra reflejada es postes del silsesquioxane (HSQ) del hidrógeno con 1 diámetro del µm en un substrato de silicio. Las diferencias detalladas en la resolución de la conductividad topográfica y térmica se demuestran sin obstrucción con la Antena Térmica Nana de las XE-series que tiene resolución espacial y térmica superior. Observe Por Favor que tales aumentos dramáticos en la resolución y la sensibilidad son observados solamente combinando las ventajas de la antena térmica nanofabricated y de la sensibilidad del modo de SThM ofrecidas por las XE-series.

Cuadro 3. comparación de la imagen de la Topografía de los postes de HSQ del diámetro de 1 milímetro modelado en un substrato de silicio (talla de la exploración de 5 µm) usando (a) Antena Térmica Nana de las XE-series y (b) el cable de Wollastone.

Cuadro 4. comparación de la imagen de la conductividad Térmica de los postes de HSQ del diámetro de 1 milímetro modelado en un substrato de silicio (talla de la exploración de 5 µm) usando (a) la Antena Térmica Nana de XEseries y (b) el cable de Wollastone.

Modo de Contraste de la Temperatura (TCM)

En modo de TCM, el elemento resistente de la Antena Térmica Nana de las XE-series se utiliza como termómetro de resistencia. La temperatura de la antena térmica cambia mientras que la punta explora la superficie según la temperatura superficial. El Cambio de la temperatura del cable lleva al cambio de su resistencia. La temperatura de una región muy pequeña puede ser medida ejecutando una corriente constante, referida como la “Corriente de la Antena,” con la antena y la medición de la resistencia tal y como se muestra en del Cuadro 5.

Cuadro 5. diagrama Esquemático del modo de TCM.

Primero, la punta se pone en equilibrio térmico con la superficie de la muestra y su resistencia es así constante. En este tiempo, el resistor variable en el puente se ajusta de modo que la diferencia potencial entre la punta 1 y 2 se convierta en cero. Entonces, la temperatura de la antena cambia mientras que la antena explora sobre la superficie. El cambio correspondiente en resistencia de la antena alterará el equilibrio del voltaje del puente, cambiando la diferencia del voltaje entre las puntas 1 y 2. Esto se refiere como “desvío de SThM”. Este desvío de SThM se utiliza para generar la imagen de SThM en modo de TCM.

La corriente pasajera a través de la antena en TCM se fija para ser bastante pequeña que ocurra ninguna uno mismo-calefacción de la antena. (El cambio de la Resistencia debido a la calefacción del uno mismo causaría desvíos en la medición de la temperatura.) También en modo de TCM, la velocidad de exploración es limitada para el momento en que tome para que la punta alcance equilibrio térmico con la superficie de la muestra.

Modo de Contraste de la Conductividad (CCM)

En Modo de Contraste de la Conductividad, (CCM) el elemento resistente de la Antena Térmica Nana de las XE-series se utiliza como calefactor resistente. La Suficiente energía se aplica a la punta de la antena para guardarla en una temperatura del conjunto vía un bucle de retroalimentación. La energía requerida mantener la temperatura del conjunto representa la conductividad térmica local. El diagrama Esquemático de CCM se muestra en el Cuadro 6.

Cuadro 6. diagrama Esquemático del modo de CCM.

Cuando la antena heated, precolocación en un valor mucho más arriba que una temperatura de la muestra, hace el contacto, los caudales caloríficos de la antena a la muestra, dando por resultado el enfriamiento de la antena. El feedback detecta esta rotación, equilibra el voltaje del puente, y restablece la resistencia de la antena (o la temperatura) a su valor de precolocación. La información en bruto del SThM de las XE-series refleja el voltaje del feedback, Vout , aplicado al puente. Sin Embargo, la conductividad térmica del espécimen es proporcional al flujo del calor (~V)out2, cuando la punta está en contacto con una muestra. Un método simple de la calibración se puede ejecutar para la medición absoluta de la conductividad térmica.

El flujo del calor entre la punta y el espécimen bajo investigación es controlado por los tres factores siguientes;

  • Conductividad Térmica de la muestra
  • Área de Contacto de la antena
  • Diferencia de la Temperatura de la antena y de la muestra

Para la mayor parte de las muestras los cambios del área de contacto de la antena-muestra son insignificantes y, debido a su masa térmica grande, la muestra permanece en una temperatura constante (la diferencia de la temperatura entre la punta de la antena y la muestra también tirante constante puesto que la temperatura de la antena es controlada por el bucle de retroalimentación). Como consecuencia, los cambios en flujo del calor serán causados solamente por los cambios en la conductividad térmica de la muestra.

Mientras Que la conductividad térmica de la muestra varía durante la exploración, la temperatura de la antena tiende a cambiar, sin embargo, el puente de Wheatstone utiliza el desvío y el bucle de retroalimentación de SThM para equilibrar el voltaje aplicado a la punta para mantener su constante de la temperatura, en el valor de precolocación.

Toma de Imágenes Térmica de Nanoscaled por las XE-Series

El Cuadro 7 muestra la imagen de la topografía de alta resolución y de la conductividad térmica 4,3 de un poste del milímetro de diámetro HSQ en un substrato de silicio por las XE-series SThM con la Antena Térmica Nana. La Inhomogeneidad en la conductividad térmica, debido a las impurezas en la composición de HSQ, se observa en contraste con una topografía plana. Tal altas resolución y sensibilidad térmicas se pueden observar solamente por las XE-series SThM.

Cuadro 7. (a) topografía De alta resolución de SThM y (b) imagen de la conductividad térmica de un poste de HSQ con diámetro de 4,3 milímetros en un substrato de silicio (talla de la exploración de 5 µm) por el XEseries SThM con la Antena Térmica Nana.

En el Cuadro 8 la topografía de alta resolución y la conductividad térmica de postes más pequeños de HSQ con el diámetro de los 0.2µm en un substrato de silicio son reflejadas, otra vez, usando las XE-series SThM con la Antena Térmica Nana. En la imagen de la conductividad térmica, una puede también observar las impurezas, que no es evidente en topografía.

Cuadro 8. (a) topografía De alta resolución de SThM y (b) imagen de la conductividad térmica de los postes de HSQ con diámetro de 0,2 milímetros en una talla de la exploración del µm del substrato de silicio 5) por el XEseries SThM con la Antena Térmica Nana.

Se demuestra evidentemente que la XE-serie SThM tiene una resolución espacial y térmica superior comparada a SThMs anterior. Abre grandes posibilidades en la investigación del nanoscale de propiedades térmicas en diversos materiales nanostructured.

Fuente: Microscopia Térmica de Exploración (SThM) - Nota de Aplicación por los Sistemas del Parque

Para más información sobre esta fuente visite por favor los Sistemas del Parque

Date Added: Apr 17, 2008 | Updated: Sep 19, 2013

Last Update: 19. September 2013 11:33

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