Microscopia Termica di Scansione Di alta risoluzione (SThM) con il Microscopio Atomico della Forza di XE-Serie dai Sistemi della Sosta

Lista di Argomento

Sfondo
Microscopia Termica di Scansione Di alta risoluzione (SThM) con le XE-Serie AFM
Sonda Termica Nana di XE-serie
Modo di Contrasto di Temperatura (TCM)
Modo di Contrasto di Conducibilità (CCM)
Registrazione di Immagini Termiche di Nanoscaled dalle XE-Serie

Sfondo

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Microscopia Termica di Scansione Di alta risoluzione (SThM) con le XE-Serie AFM

Sta coltivando l'interesse nella dispersione del calore dei materiali nanostructured. Il modo Termico di Microscopia di Scansione di XE-serie (SThM) è stato sviluppato per sondare i beni termici al livello del nanoscale. Gli usi di SThM di XE-serie nanofabricated le sonde termiche per raggiungere l'alta risoluzione senza precedenti e la sensibilità spaziali e termiche con uno schema unico di rilevazione di segnale.

La tecnica di SThM delle XE-serie mappa i beni termici della superficie del campione usando una sonda termica nanofabricated con un elemento resistente. La XE-serie SThM è disponibile nei due modi, nella Microscopia Termica di Contrasto (TCM) e nella Microscopia di Contrasto della Conducibilità Termica (CCM). TCM permette che l'utente misuri le variazioni della temperatura su una superficie del campione. CCM permette che l'utente misuri le variazioni della conducibilità termica su una superficie del campione.

Figura 1 mostra la rappresentazione schematica del sistema di SThM di XE-serie. “Una V„ ha modellato l'elemento resistente è montata all'estremità di una trave a mensola. Mentre la distanza fra il suggerimento della sonda e la superficie del campione è gestita dallo schema usuale del AFM, la sonda termica forma un lato di un Ponte di Wheatstone (Figura 1). È questo Ponte di Wheatstone che i feedback, regola e salda la tensione del ponte per misurare la temperatura della sonda (TCM) o mantenere una temperatura costante della sonda (CCM).

Figura 1. Rappresentazione schematica del sistema di SThM di XE-serie.

Un'immagine topografica del AFM può essere generata dai cambiamenti nella deformazione dell'ampiezza della trave a mensola. Quindi, le informazioni topografiche possono essere separate dalle variazioni locali nei beni termici del campione ed i due tipi di immagini possono essere raccolti simultaneamente.

Sonda Termica Nana di XE-serie

La parte fondamentale dello SThM è il suggerimento di SThM, che servisce da termometro a resistenza (o radiatore CCM nel modo) contemporaneamente ad un suggerimento del AFM. L'elemento termico di una trave a mensola risponde diversamente ai cambiamenti nella conducibilità termica ed induce la trave a mensola a deviare. Le progettazioni Precedenti di SThM non hanno potuto fornire la risoluzione spaziale e termica sufficiente, limitata criticamente dalla geometria di una sonda termica collegare collegare, cioè collegare di Wollastone. La XE-serie SThM usa una sonda termica nanofabricated in cui un elemento resistente litografico è modellato sul suggerimento del AFM.

Figure 2 (a) e 2 (b) manifestazioni che scandiscono le immagini di microscopia elettronica (SEM) di una sonda termica del collegare di Wollaston e della sonda termica nanofabricated utilizzate nelle XE-serie SThM. Il raggio del suggerimento della sonda nanofabricated è circa 100 nanometro permettendo alla scansione termica di alta risoluzione di immagine mentre quello di una sonda del collegare di Wollaston è più grande del diverse centinaia nanometro.

Figura 2. Le immagini di SEM (a) di una Sonda Termica Nana di XE-serie e (b) un collegare di Wollaston.

Nella Figure 3 e 4, un confronto è fatto fra la Sonda Termica Nana di XE-serie e una sonda del collegare di Wollastone. Il campione imaged è posti del silsesquioxane (HSQ) dell'idrogeno con 1 diametro del µm su un substrato di silicio. Le differenze dettagliate nella risoluzione della conducibilità topografica e termica sono dimostrate chiaramente con la Sonda Termica Nana di XE-serie che ha risoluzione spaziale e termica superiore. Noti Prego che tali potenziamenti drammatici nella risoluzione e nella sensibilità sono realizzati soltanto combinando i vantaggi della sonda termica nanofabricated e della sensibilità del modo di SThM offerte dalle XE-serie.

Figura 3. confronto di immagine di Topografia dei posti di HSQ di un diametro da 1 millimetro modellato su un substrato di silicio (dimensione di scansione di 5 µm) facendo uso della Sonda Termica Nana di XE-serie (a) e (b) collegare di Wollastone.

Figura 4. confronto di immagine di conducibilità Termica dei posti di HSQ di un diametro da 1 millimetro modellato su un substrato di silicio (dimensione di scansione di 5 µm) facendo uso (a) della Sonda Termica Nana di XEseries e (b) collegare di Wollastone.

Modo di Contrasto di Temperatura (TCM)

Nel modo di TCM, l'elemento resistente della Sonda Termica Nana di XE-serie è usato come termometro a resistenza. La temperatura della sonda termica cambia come le scansioni del suggerimento la superficie secondo la temperatura in superficie. La Variazione di temperatura del collegare piombo a cambiamento della sua resistenza. La temperatura di regione molto piccola può essere misurata eseguendo una corrente costante, citata come “la Corrente della Sonda,„ through la sonda e misurando la resistenza secondo le indicazioni di Figura 5.

Figura 5. Rappresentazione schematica del modo di TCM.

In Primo Luogo, il suggerimento è messo in equilibrio termico con la superficie del campione e la sua resistenza è così costante. Attualmente, la resistenza variabile nel ponte è regolato in modo che la differenza di potenziale fra i punti 1 e 2 si trasformi in in zero. Poi, la temperatura della sonda cambia come le scansioni della sonda sopra la superficie. Il cambiamento corrispondente nella resistenza della sonda altererà il bilanciamento di tensione del ponte, cambiante la differenza di tensione fra i punti 1 e 2. Ciò si riferisce a come “errore di SThM„. Questo errore di SThM è usato per generare l'immagine di SThM nel modo di TCM.

La corrente passata attraverso la sonda in TCM è impostata per essere abbastanza piccola che non autoriscaldante della sonda accade. (Il cambiamento della Resistenza dovuto il riscaldamento di auto causerebbe gli errori nella misura della temperatura.) Inoltre nel modo di TCM, la velocità di scansione è limitata prima che catturi affinchè il suggerimento raggiunga l'equilibrio termico con la superficie del campione.

Modo di Contrasto di Conducibilità (CCM)

Nel Modo di Contrasto della Conducibilità, (CCM) l'elemento resistente della Sonda Termica Nana di XE-serie è usato come radiatore resistente. L'energia Sufficiente si applica al suggerimento della sonda per tenerla ad una temperatura dell'insieme via un ciclo di feedback. L'energia richiesta di mantenere la temperatura dell'insieme rappresenta la conducibilità termica locale. La Rappresentazione schematica del CCM è indicata nella Figura 6.

Figura 6. Rappresentazione schematica del modo CCM.

Quando la sonda heated, preregolamento ad un valore molto più superiore ad una temperatura del campione, stabilisce il contatto, flussi termici dalla sonda al campione, con conseguente raffreddamento della sonda. Il feedback percepisce questo spostamento, salda la tensione del ponte e ripristina la resistenza della sonda (o temperatura) al suo valore di preregolamento. I dati grezzi dallo SThM delle XE-serie riflettono la tensione di feedback, Vout , applicata al ponte. Tuttavia, la conducibilità termica dell'esemplare è proporzionale al flusso di calore (~V)out2, quando il suggerimento è in contatto con un campione. Un metodo semplice di calibratura può essere applicato per la misura assoluta della conducibilità termica.

Il flusso di calore fra il suggerimento e l'esemplare in esame è gestito dai seguenti tre fattori;

  • Conducibilità Termica del campione
  • Area di Contatto della sonda
  • Differenza di Temperatura della sonda e del campione

Per la maggior parte dei campioni i cambiamenti di area di contatto del sonda-campione sono trascurabili e, dovuto la sua grande massa termica, il campione rimane ad una temperatura costante (la differenza della temperatura fra il suggerimento della sonda ed il campione egualmente resta costante poiché la temperatura della sonda è gestita dal ciclo di feedback). Di conseguenza, i cambiamenti nel flusso di calore saranno causati soltanto dai cambiamenti nella conducibilità termica del campione.

Mentre la conducibilità termica del campione varia durante la scansione, la temperatura della sonda tende a cambiare, tuttavia, il Ponte di Wheatstone usa il ciclo di errore e di feedback di SThM per saldare la tensione applicata al suggerimento per mantenere la sua costante della temperatura, al valore di preregolamento.

Registrazione di Immagini Termiche di Nanoscaled dalle XE-Serie

Figura 7 mostra l'immagine della conducibilità termica e della topografia di alta risoluzione 4,3 di un posto di millimetro del diametro HSQ su un substrato di silicio dalle XE-serie SThM con la Sonda Termica Nana. L'Eterogeneità nella conducibilità termica, dovuto le impurità in composizione in HSQ, è osservata contrariamente ad una topografia piana. Tali alte risoluzione e sensibilità termiche possono essere realizzate soltanto dalle XE-serie SThM.

Figura 7. (a) topografia Di alta risoluzione di SThM e (b) immagine di conducibilità termica di un posto di HSQ con un diametro da 4,3 millimetri su un substrato di silicio (dimensione di scansione di 5 µm) dal XEseries SThM con la Sonda Termica Nana.

Nella Figura 8 la topografia di alta risoluzione e la conducibilità termica di più piccoli posti di HSQ con il diametro di 0.2µm su un substrato di silicio sono imaged, ancora, facendo uso delle XE-serie SThM con la Sonda Termica Nana. Nell'immagine della conducibilità termica, una può anche osservare le impurità, che non è evidente in topografia.

Figura 8. (a) topografia Di alta risoluzione di SThM e (b) immagine di conducibilità termica dei posti di HSQ con un diametro da 0,2 millimetri su una dimensione di scansione del µm del substrato di silicio 5) dal XEseries SThM con la Sonda Termica Nana.

Evidentemente è dimostrato che la XE-serie SThM ha una risoluzione spaziale e termica superiore confrontata a SThMs precedente. Apre le grandi possibilità nell'indagine del nanoscale sui beni termici in vari materiali nanostructured.

Sorgente: Microscopia Termica di Scansione (SThM) - Nota di Applicazione dai Sistemi della Sosta

Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego i Sistemi della Sosta

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

Last Update: 19. September 2013 11:29

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