XE सीरीज पार्क सिस्टम से परमाणु सेना माइक्रोस्कोप के साथ उच्च संकल्प थर्मल माइक्रोस्कोपी (SThM) स्कैन

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विषय सूची

पृष्ठभूमि
XE सीरीज AFM के साथ उच्च संकल्प थर्मल माइक्रोस्कोपी (SThM) स्कैन
XE श्रृंखला नैनो थर्मल जांच
तापमान कंट्रास्ट मोड (टीसीएम)
चालकता कंट्रास्ट मोड (CCM)
XE सीरीज द्वारा थर्मल इमेजिंग Nanoscaled

पृष्ठभूमि

पार्क सिस्टम परमाणु सेना माइक्रोस्कोप (AFM) प्रौद्योगिकी के नेता, उत्पादों है कि सभी अनुसंधान और औद्योगिक nanoscale अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं का पता प्रदान . कि तरल और हवा वातावरण में यह सच गैर संपर्क इमेजिंग के लिए अनुमति देता है एक अद्वितीय स्कैनर डिजाइन के साथ, सभी प्रणालियों के लिए पूरी तरह से अभिनव और शक्तिशाली विकल्प की एक लंबी सूची के साथ संगत कर रहे हैं. सभी सिस्टम को आसानी से उपयोग करते हैं, और मन में सटीकता स्थायित्व के साथ डिजाइन किए हैं, और सभी वर्तमान और भविष्य की जरूरतों meetiong के लिए अंतिम संसाधनों के साथ अपने ग्राहकों को उपलब्ध कराने.

में सबसे लंबे समय तक के इतिहास घमंड AFM उद्योग, पार्क 'सिस्टम उत्पादों, सॉफ्टवेयर सेवाओं, और विशेषज्ञता का व्यापक पोर्टफोलियो हमारे ग्राहकों के लिए हमारी प्रतिबद्धता को ही दर्शाता है.

XE सीरीज AFM के साथ उच्च संकल्प थर्मल माइक्रोस्कोपी (SThM) स्कैन

सामग्री nanostructured की गर्मी फैलाव में बढ़ती रुचि किया गया है. XE श्रृंखला स्कैन थर्मल माइक्रोस्कोपी मोड (SThM) nanoscale स्तर पर तापीय गुणों की जांच करने के लिए विकसित किया गया था . XE श्रृंखला SThM nanofabricated थर्मल जांच का उपयोग करता है एक अद्वितीय संकेत पता लगाने की योजना के साथ अभूतपूर्व उच्च स्थानिक और थर्मल संकल्प और संवेदनशीलता को प्राप्त करने.

XE श्रृंखला की SThM तकनीक एक प्रतिरोधक तत्व के साथ एक nanofabricated थर्मल जांच का उपयोग करके नमूना की सतह के तापीय गुणों नक्शे . XE श्रृंखला SThM दो मोड, थर्मल कंट्रास्ट माइक्रोस्कोपी (TCM) और थर्मल चालकता कंट्रास्ट माइक्रोस्कोपी में उपलब्ध है ( CCM). TCM एक नमूना की सतह पर तापमान रूपांतरों को मापने के लिए उपयोगकर्ता की अनुमति देता है. सीसीएम उपयोगकर्ता तापीय चालकता के एक नमूना की सतह पर बदलाव को मापने के लिए अनुमति देता है.

चित्रा 1 के योजनाबद्ध आरेख XE श्रृंखला SThM प्रणाली से पता चलता है. एक "वी" आकार प्रतिरोधक तत्व एक ब्रैकट के अंत में मुहिम शुरू की है. हालांकि जांच टिप और नमूना की सतह के बीच की दूरी सामान्य द्वारा नियंत्रित किया जाता है , AFM योजना, थर्मल जांच Wheatstone पुल (चित्रा 1) के एक पैर रूपों . यह इस Wheatstone पुल feedbacks जो समायोजित है, और पुल वोल्टेज शेष क्रम में जांच तापमान (TCM) को मापने के लिए या बनाए रखने के एक निरंतर जांच तापमान (सीसीएम).

चित्रा 1. XE श्रृंखला SThM प्रणाली के योजनाबद्ध आरेख.

एक स्थलाकृतिक AFM छवि ब्रैकट आयाम विक्षेपन में परिवर्तन से उत्पन्न किया जा सकता है . इस प्रकार, स्थलाकृतिक जानकारी नमूना के तापीय गुणों में स्थानीय रूपांतरों से अलग किया जा सकता है, और छवियों के दो प्रकार के एक साथ एकत्र किया जा सकता है.

XE श्रृंखला नैनो थर्मल जांच

की कुंजी हिस्सा SThM SThM टिप है, जो एक के रूप में एक ही समय में एक प्रतिरोध थर्मामीटर (या CCM मोड में एक हीटर) के रूप में कार्य करता है AFM टिप . एक ब्रैकट के थर्मल तत्व तापीय चालकता में परिवर्तन करने के लिए अलग तरह से प्रतिक्रिया है, और ब्रैकट से ध्यान हटाने के लिए कारण. पिछला SThM डिजाइन पर्याप्त स्थानिक और थर्मल संकल्प, गंभीर एक तार आधारित थर्मल जांच, यानी Wollastone तार की ज्यामिति के द्वारा सीमित नहीं प्रदान करते हैं. सकता XE श्रृंखला SThM nanofabricated थर्मल जांच जहां एक प्रतिरोधक तत्व पत्थर के छापे से छापने पर नमूनों है का उपयोग करता है AFM टिप .

चित्रा 2 (क) और 2 (ख) स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) एक Wollaston तार थर्मल जांच की छवियों और nanofabricated थर्मल जांच में इस्तेमाल किया पता चलता है XE श्रृंखला SThM. nanofabricated जांच के टिप त्रिज्या के बारे में 100 एनएम उच्च संकल्प थर्मल छवि स्कैन सक्षम जबकि एक Wollaston तार जांच की है कि कई सौ एनएम से बड़ा है.

चित्रा 2. (क) एक XE श्रृंखला नैनो थर्मल जांच और (ख) एक Wollaston तार के SEM छवियों.

चित्रा 3 और 4 में, एक तुलना XE श्रृंखला नैनो थर्मल जांच और एक Wollastone तार जांच के बीच किया जाता है. imaged नमूना 1 सुक्ष्ममापी व्यास के साथ एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर हाइड्रोजन silsesquioxane (HSQ) पोस्ट है. स्थलाकृतिक और तापीय चालकता संकल्प में विस्तृत अंतर स्पष्ट रूप से XE श्रृंखला नैनो थर्मल जांच जो बेहतर स्थानिक और थर्मल संकल्प किया है के साथ प्रदर्शन कर रहे हैं. कृपया ध्यान दें कि संकल्प और संवेदनशीलता में ऐसे नाटकीय संवर्द्धन nanofabricated थर्मल जांच और के लाभ के संयोजन के द्वारा ही महसूस कर रहे हैं SThM मोड XE श्रृंखला द्वारा की पेशकश की संवेदनशीलता.

चित्रा 3. स्थलाकृति 1 मिमी व्यास एक सिलिकॉन सब्सट्रेट (5 सुक्ष्ममापी स्कैन आकार) पर नमूनों का उपयोग () XE श्रृंखला नैनो थर्मल जांच और (ख) Wollastone तार की HSQ पोस्ट की छवि की तुलना.

चित्रा 4. 1 मिमी व्यास (एक) XEseries नैनो थर्मल जांच और (ख) Wollastone तार का उपयोग कर एक सिलिकॉन सब्सट्रेट (5 सुक्ष्ममापी स्कैन आकार) पर नमूनों की HSQ पदों के थर्मल चालकता छवि तुलना.

तापमान कंट्रास्ट मोड (टीसीएम)

TCM मोड में, XE श्रृंखला नैनो थर्मल जांच की प्रतिरोधक तत्व प्रतिरोध थर्मामीटर के रूप में प्रयोग किया जाता है. टिप के रूप में थर्मल जांच परिवर्तन के तापमान की सतह के तापमान के अनुसार सतह स्कैन. तार तापमान में परिवर्तन के लिए अपने प्रतिरोध के परिवर्तन होता है. एक निरंतर वर्तमान चलाकर एक बहुत छोटे से क्षेत्र का तापमान मापा जा सकता है, के रूप में संदर्भित 'जांच वर्तमान,' जांच के माध्यम से और प्रतिरोध को मापने के रूप में चित्रा 5 में दिखाया गया है.

चित्रा 5. TCM मोड के योजनाबद्ध आरेख.

सबसे पहले, टिप नमूना की सतह के साथ संतुलन थर्मल में डाल दिया है और इस प्रकार अपने प्रतिरोध स्थिर है. इस समय, पुल में चर रोकनेवाला समायोजित इतना है कि बिंदु 1 और 2 के बीच संभावित अंतर शून्य हो जाता है. फिर, जांच के रूप में जांच परिवर्तन के तापमान सतह पर स्कैन. जांच के विरोध में इसी बदलाव पुल के वोल्टेज संतुलन बदल, अंक 1 और 2 के बीच वोल्टेज अंतर को बदलने. यह 'के रूप में संदर्भित किया जाता है SThM त्रुटि '. इस SThM त्रुटि को उत्पन्न करने के लिए प्रयोग किया जाता है SThM TCM मोड में छवि.

वर्तमान टीसीएम में जांच के माध्यम से पारित करने के लिए काफी छोटा है कि जांच की कोई आत्म हीटिंग होता करने के लिए सेट कर दिया जाता है. (आत्म हीटिंग की वजह से प्रतिरोध परिवर्तन तापमान माप में त्रुटियों के कारण होगा.) TCM मोड में इसके अलावा, गति स्कैनिंग समय इसे लेता के लिए टिप नमूना की सतह के साथ संतुलन थर्मल तक पहुँचने के लिए द्वारा सीमित है.

चालकता कंट्रास्ट मोड (CCM)

चालकता कंट्रास्ट मोड (CCM) में XE श्रृंखला नैनो थर्मल जांच की प्रतिरोधक तत्व एक प्रतिरोधक हीटर के रूप में प्रयोग किया जाता है. पर्याप्त ऊर्जा जांच टिप एक प्रतिक्रिया पाश के माध्यम से एक सेट के तापमान पर रखने के लिए लागू किया जाता है. सेट तापमान बनाए रखने के लिए आवश्यक ऊर्जा स्थानीय तापीय चालकता का प्रतिनिधित्व करता है. सीसीएम के योजनाबद्ध आरेख चित्रा 6 में दिखाया गया है.

चित्रा 6. CCM मोड के योजनाबद्ध आरेख.

जब गर्म जांच, एक बहुत एक नमूना तापमान की तुलना में अधिक मूल्य पर पूर्व निर्धारित है, नमूना जांच से संपर्क करने के लिए, गर्मी प्रवाह बनाता है, जांच के ठंडा करने में जिसके परिणामस्वरूप. प्रतिक्रिया इस बदलाव होश, पुल वोल्टेज शेष है, और अपने पूर्व निर्धारित मूल्य के लिए जांच का प्रतिरोध तापमान (या) restores. XE श्रृंखला के SThM से कच्चे डेटा प्रतिक्रिया वोल्टेज वी _{बाहर,} पुल पर लागू दर्शाता है. हालांकि, नमूना की तापीय चालकता गर्मी प्रवाह (~ ² _बाहर वी), जब टिप एक नमूने के साथ संपर्क में है के लिए आनुपातिक है . एक सरल अंशांकन विधि पूर्ण तापीय चालकता माप के लिए लागू किया जा सकता है.

टिप और जांच के तहत नमूना के बीच गर्मी के प्रवाह निम्नलिखित तीन कारकों द्वारा नियंत्रित किया जाता है;

• नमूने के थर्मल चालकता
• जांच के क्षेत्र से संपर्क करें
• जांच और नमूने के तापमान में अंतर

नमूने जांच नमूने के संपर्क क्षेत्र परिवर्तन नगण्य और, अपने बड़े थर्मल जन कारण हैं ज्यादातर के लिए, नमूना एक निरंतर तापमान पर रहता है (जांच टिप और नमूना तापमान के बीच अंतर भी निरंतर रहता है के तापमान के बाद से जांच प्रतिक्रिया पाश द्वारा नियंत्रित किया जाता है). एक परिणाम के रूप में, गर्मी के प्रवाह में परिवर्तन केवल नमूने की तापीय चालकता में परिवर्तन के कारण हो जाएगा.

के नमूने की तापीय चालकता के रूप में स्कैन के दौरान बदलता है, जांच के तापमान को बदलने जाता है, तथापि, Wheatstone पुल SThM त्रुटि और प्रतिक्रिया पाश का उपयोग करता है के टिप करने के लिए लागू वोल्टेज संतुलन क्रम में अपने तापमान निरंतर बनाए रखने के लिए पूर्व निर्धारित पर, मूल्य.

XE सीरीज द्वारा थर्मल इमेजिंग Nanoscaled

7 चित्रा उच्च संकल्प द्वारा एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर एक 4.3 मिमी व्यास HSQ पोस्ट की स्थलाकृति और तापीय चालकता छवि से पता चलता है XE श्रृंखला SThM नैनो थर्मल जांच के साथ. तापीय चालकता में inhomogeneity HSQ संरचना में दोष की वजह से, एक फ्लैट स्थलाकृति के लिए इसके विपरीत में मनाया जाता है. केवल इस तरह के उच्च तापीय संकल्प और संवेदनशीलता से महसूस किया जा सकता XE श्रृंखला SThM .

7 चित्रा. (क) उच्च संकल्प SThM स्थलाकृति और (ख) के साथ एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर 4.3 मिमी व्यास (5 सुक्ष्ममापी स्कैन आकार) नैनो थर्मल जांच के साथ XEseries SThM द्वारा एक HSQ पोस्ट की तापीय चालकता छवि.

उच्च संकल्प स्थलाकृति और 0.2μm व्यास के साथ एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर छोटे HSQ पदों की तापीय चालकता 8 चित्रा में imaged हैं, फिर से, का उपयोग XE श्रृंखला SThM नैनो थर्मल जांच के साथ. तापीय चालकता छवि में, एक भी दोष निरीक्षण कर सकते हैं, जो स्थलाकृति में स्पष्ट नहीं है.

8 चित्रा. (क) उच्च संकल्प SThM स्थलाकृति और (ख) एक सिलिकॉन सब्सट्रेट 5 सुक्ष्ममापी स्कैन आकार पर 0.2 मिमी नैनो थर्मल जांच के साथ XEseries SThM द्वारा) व्यास के साथ HSQ पदों की तापीय चालकता छवि.

यह प्रदर्शन जाहिर है कि SThM XE श्रृंखला पिछले की तुलना में एक बेहतर स्थानिक और थर्मल संकल्प है SThMs . यह विभिन्न nanostructured सामग्री में तापीय गुणों के nanoscale जांच में महान संभावनाओं को खोलता है है.

स्रोत: थर्मल (SThM) माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग - पार्क सिस्टम्स द्वारा आवेदन नोट
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