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トピックのリスト
背景
XE シリーズ AFM の高リゾリューションのスキャンの熱顕微鏡検査 (SThM)
XE シリーズ Nano 熱プローブ
温度の対照モード (TCM)
伝導性の対照モード (CCM)
XE シリーズ Nanoscaled の赤外線画像
背景
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XE シリーズ AFM の高リゾリューションのスキャンの熱顕微鏡検査 (SThM)
nanostructured 材料の熱の分散に成長する興味がずっとあります。 熱顕微鏡検査 (SThM) のモードをスキャンする XE シリーズは nanoscale のレベルで熱特性を厳密に調べるために開発されました。 XE シリーズ SThM の使用は一義的な信号検出スキームの前例のなく高い空間的な、熱解像度そして感度を達成するために熱プローブを nanofabricated。
XE シリーズの SThM の技術は抵抗要素が付いている nanofabricated 熱プローブの使用によってサンプル表面の熱特性をマップします。 XE シリーズ SThM は 2 つのモード、熱対照の顕微鏡検査および熱伝導度の (TCM)対照の顕微鏡検査で使用できます (CCM)。 TCM はユーザーがサンプル表面の温度の変化を測定することを可能にします。 CCM はユーザーがサンプル表面の熱伝導度の変化を測定することを可能にします。
図 1 は XE シリーズ SThM システムの図式的な図表を示します。 「V」は片持梁の端に抵抗要素を取付けられます形づけました。 プローブの先端とサンプル表面間の間隔が通常 AFM スキームによって制御される間、熱プローブはホイートストン・ブリッジ (図 1) の 1 本の足を形作ります。 フィードバックが、調節するで、プローブの温度を測定するか、または一定したプローブの温度を維持するために橋 (TCM)電圧をバランスをとりますのはこのホイートストン・ブリッジ (CCM)。
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図 1. XE シリーズ SThM システムの図式的な図表。
地勢 AFM の画像は片持梁の振幅の偏向の変更から生成することができます。 従って、地勢情報はサンプルの熱特性のローカル変化から分け 2 つのタイプの画像は同時に集めることができます。
XE シリーズ Nano 熱プローブ
SThM の主要部分は電気抵抗式温度計 (か CCM モードのヒーター) として AFM の先端と同時に役立つ SThM の先端です。 片持梁の熱要素は熱伝導度の変更に別様に答え、片持梁を逸れさせます。 SThM 前のデザインは批判的にワイヤーベースの熱プローブ、すなわち Wollastone ワイヤーの幾何学によって限定された十分で空間的な、熱解像度を、提供できませんでした。 XE シリーズ SThM は抵抗要素が AFM の先端で石版で模造される nanofabricated 熱プローブを使用します。
Wollaston の電子顕微鏡検査の画像をスキャンする図 2 (a) (SEM) および 2 (b) ショーは熱 XE シリーズ SThM で使用されるプローブおよび nanofabricated 熱プローブをワイヤーで縛ります。 nanofabricated プローブの先端の半径は Wollaston ワイヤープローブのそれが間、約 100 nm nm で数百より大きい高リゾリューションの熱画像スキャンを可能にします。
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図 2。 (a) XE シリーズ Nano 熱プローブおよび (b) Wollaston の SEM の画像はワイヤーで縛ります。
図 3 および 4 では、比較は XE シリーズ Nano 熱プローブと Wollastone ワイヤープローブの間でなされます。 視覚化されたサンプルはシリコン基板 (HSQ)の 1 つの µm の直径が付いている水素の silsesquioxane のポストです。 地勢および熱伝導度の解像度の詳しい相違は優秀で空間的な、熱解像度がある XE シリーズ Nano 熱プローブとはっきり示されます。 以下の事項に注意して下さい:解像度および感度のそのような劇的な機能拡張は XE シリーズ提供される nanofabricated 熱プローブおよび SThM のモードの感度の利点の結合によってだけ実現されます。
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シリコン基板 (5 つの µm スキャンサイズ) の図 3. (a) XE シリーズ Nano 熱プローブおよび (b) Wollastone ワイヤーを使用して模造される 1 つの mm の直径の HSQ のポストの地形の画像の比較。
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シリコン基板 (5 つの µm スキャンサイズ) の図 4. (a) XEseries の Nano 熱プローブおよび (b) Wollastone ワイヤーを使用して模造される 1 つの mm の直径の HSQ のポストの熱伝導度の画像の比較。
温度の対照モード (TCM)
TCM のモードでは、 XE シリーズ Nano 熱プローブの抵抗要素は電気抵抗式温度計として使用されます。 熱プローブの温度は先端が表面温度に従って表面をスキャンすると同時に変更します。 ワイヤー温度の変更は抵抗の変更の原因となります。 非常に小さい領域の温度は図 5. に示すようにようにプローブおよび抵抗を測定することによる 「プローブ流れ」、の参照される一定した流れの実行によって測定することができます。
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図 5. TCM のモードの図式的な図表。
最初に、先端はサンプル表面との熱平衡に入り、こうして抵抗は一定しています。 現時点で、橋の可変的な抵抗器はポイント 1 および 2 間の電位差がゼロになるように調節されます。 それから、プローブの温度はプローブが表面にスキャンすると同時に変更します。 プローブの抵抗の対応する変更はポイント 1 および 2. 間の電圧相違を変更する橋の電圧バランスを変えます。 これは 「SThM エラー」のと言われます。 SThM のこのエラーが TCM のモードの SThM の画像を生成するのに使用されています。
プローブの自己暖房によってが発生しない TCM のプローブを通して渡される流れは十分に小さいためにセットされます。 (自己の暖房による抵抗の変更により温度の測定でエラーを引き起こします。) また TCM のモードに、スキャンニングスピードは先端がサンプル表面との熱平衡に達することができるように取るまでに限られています。
伝導性の対照モード (CCM)
伝導性の対照モードでは、 (CCM) XE シリーズ Nano 熱プローブの抵抗要素は抵抗ヒーターとして使用されます。 十分なエネルギーはプローブの先端にフィードバックループによってセットの温度でそれを保つために適用されます。 セットの温度を維持するために必要なエネルギーはローカル熱伝導度を表します。 CCM の図式的な図表は図 6. で示されています。
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図 6. CCM モードの図式的な図表。
熱くするプローブ、値のプリセットがサンプル温度より大いに高く、接触をする時、プローブからのプローブの冷却に終るサンプルへの熱流。 フィードバックはこのシフトを感じ、橋電圧をバランスをとり、そして設定値へのプローブの抵抗 (か温度を) 復元します。 XE シリーズの SThM からの生データはフィードバックの電圧、橋out に適用される V を反映します。 ただし、標本の熱伝導度は先端がサンプルと接触してあるとき、out2熱流 (~V) に比例しています。 簡単な口径測定方法は絶対熱伝導度の測定のために実行することができます。
調査中の先端次の 3 つの要因によってと標本間の熱流は制御されます;
- サンプルの熱伝導度
- プローブの接触域
- プローブおよびサンプルの温度の相違
サンプルのほとんどのためにプローブサンプルの接触域の変更は僅かであり、プローブの温度がフィードバックループによって制御されるので)、大きい熱大容量が原因で、サンプルは一定した温度に残ります (プローブの先端とサンプルの温度の違いはまた一定しているとどまります。 その結果、熱流の変更はサンプルの熱伝導度の変更によってだけ引き起こされます。
サンプルの熱伝導度がスキャンの間に変わると同時に、プローブの温度は変更しがちですしかし、ホイートストン・ブリッジは設定値で温度の定数を、維持するために先端に適用される電圧のバランスをとるのに SThM のエラーおよびフィードバックループを使用します。
XE シリーズ Nanoscaled の赤外線画像
図 7 は Nano 熱プローブとの XE シリーズ SThM シリコン基板の 4.3 直径 mm の HSQ ポストの高リゾリューションの地形および熱伝導度の画像を示します。 HSQ の構成の不純物に平らな地形と対照をなしてよる熱伝導度の異種は観察されます。 そのような高い熱解像度および感度は XE シリーズ SThM しか実現することができません。
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Nano 熱プローブとの XEseries SThM 著シリコン基板 (5 つの µm スキャンサイズ) の図 7. (a) SThM の高リゾリューションの地形および (b) 4.3 mm の直径が付いている HSQ のポストの熱伝導度の画像。
シリコン基板の図 8 では 0.2µm の直径が付いているより小さい HSQ のポストの高リゾリューションの地形そして熱伝導度は Nano 熱プローブとの XE シリーズ SThM を使用して視覚化されています、再度。 熱伝導度の画像では、地形で明白ではない 1 つはまた不純物を観察できます。
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Nano 熱プローブとの XEseries SThM 著シリコン基板 5 の µm スキャンサイズの図 8. (a) SThM の高リゾリューションの地形および (b) 0.2 mm の直径が付いている HSQ のポストの熱伝導度の画像)。
XE シリーズ SThM に前の SThMs と比較される優秀で空間的な、熱解像度があることが明らかに示されます。 それはさまざまな nanostructured 材料の熱特性の nanoscale の調査の大きい可能性を開発します。
ソース: スキャンの熱顕微鏡検査 (SThM) - 公園システムによるアプリケーションノート
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