Hoge Resolutie Scanning Thermal Microscopie (SThM) met de XE-serie Atomic Force Microscope van Park Systems

:: AZoNanotechnology Artikel

Topic List

Achtergrond
Hoge Resolutie Scanning Thermal Microscopie (SThM) met de XE-serie AFM
XE-serie Nano Thermal Probe
Temperatuur Contrast Mode (TCM)
Geleidbaarheid Contrast Mode (CCM)
Nanoscaled Thermal Imaging door de XE-serie

Achtergrond

Park Systems is de Atomic Force Microscope (AFM) leider in technologie, producten te leveren die aan de eisen van alle onderzoek en industriële toepassingen nanoschaal te pakken. Met een unieke scanner ontwerp dat zorgt voor de Ware Non-Contact beeldvorming in vloeistof en lucht-omgevingen, alle systemen zijn volledig compatibel met een lange lijst van innovatieve en krachtige opties. Alle systemen zijn ontworpen met gemak van het gebruik, nauwkeurigheid en duurzaamheid in het achterhoofd, en uw klanten de ultieme middelen voor meetiong alle huidige en toekomstige behoeften.

Biedt de langste geschiedenis in de AFM -industrie, Park Systems ' is zeer uitgebreid portfolio van producten, software, services en expertise alleen geëvenaard door onze toewijding aan onze klanten.

Hoge Resolutie Scanning Thermal Microscopie (SThM) met de XE-serie AFM

Er is toenemende belangstelling voor de warmte-afvoer van nanogestructureerde materialen. De XE-serie Scanning Thermal Microscopie (SThM) modus is ontwikkeld om thermische eigenschappen sonde op nanoschaal niveau. De XE-serie SThM maakt gebruik van nanofabricated thermische sondes tot ongekende hoge ruimtelijke en thermische resolutie en gevoeligheid te bereiken met een uniek signaal detectie regeling.

De SThM techniek van de XE-serie de thermische eigenschappen van het monster oppervlak kaarten met behulp van een nanofabricated thermische sonde met een resistief element. De XE-serie SThM is verkrijgbaar in twee modi, Thermal Contrast Microscopy (TCM) en thermische geleidbaarheid Contrast Microscopy ( CCM). TCM kan de gebruiker de temperatuur meten variaties op een monster oppervlak. CCM stelt de gebruiker in te meten variaties van de thermische geleidbaarheid van een monster oppervlak.

Figuur 1 toont het schema van de XE-serie SThM systeem . Een "V"-vormige weerstandselement is gemonteerd aan het einde van een cantilever. Terwijl de afstand tussen de probe tip en sample oppervlak wordt gecontroleerd door de gebruikelijke AFM regeling, de thermische sonde vormen een been van een Wheatstone brug (figuur 1). Het is deze Wheatstone brug die feedbacks, past, en balanceert de brug spanning om de sonde de temperatuur (TCM) te meten of te handhaven een constante temperatuur van de voeler (CCM).

Figuur 1. Schematische weergave van de XE-serie SThM systeem.

Een topografische AFM beeld kan worden gegenereerd op basis van veranderingen in de amplitude van de cantilever van de doorbuiging. Zo kunnen topografische informatie worden gescheiden van de lokale variaties in thermische eigenschappen van het monster, en de twee soorten beelden kunnen gelijktijdig worden verzameld.

De huidige doorgegeven via de sonde in de TCM is ingesteld om te worden klein genoeg dat er geen zelf-verwarming van de sonde zich voordoet. (Weerstand tegen verandering als gevolg van de verwarming zelf zou veroorzaken fouten in de temperatuurmeting.) Ook in de TCM-modus, is de scansnelheid beperkt door de tijd die het duurt voor de tip om thermisch evenwicht te bereiken met het monster oppervlak.

Geleidbaarheid Contrast Mode (CCM)

In Geleidbaarheid Contrast Mode, (CCM) het weerstandselement van de XE-serie Nano Thermal Probe wordt gebruikt als een resistieve verwarming. Voldoende energie wordt toegepast op de sonde te houden op een ingestelde temperatuur via een terugkoppeling. De energie die nodig is om de ingestelde temperatuur te houden staat voor de lokale thermische geleidbaarheid. Schematische weergave van de CCM is weergegeven in figuur 6.

Figuur 6. Schematische weergave van de CCM-modus.

Wanneer de verwarmde sonde, vooraf ingesteld op een waarde veel hoger is dan een monster temperatuur, contact, warmte stroomt maakt van de sonde naar het monster, resulterend in de koeling van de sonde. De feedback voelt deze verschuiving, balanceert de brug spanning, en herstelt de sonde weerstand (of temperatuur) om de vooraf ingestelde waarde. De ruwe gegevens van de SThM van de XE-serie weerspiegelt de feedback spanning, V _out, toegepast op de brug. Echter, de thermische geleidbaarheid van het monster is evenredig aan de warmtestroom (~ V _out ^2), als de tip in contact komt met een monster. Een eenvoudige kalibratie methode kan worden geïmplementeerd voor absolute thermische geleidbaarheid meting.

De warmtestroom tussen de tip en exemplaar in onderzoek wordt bepaald door de volgende drie factoren;

• Thermische geleidbaarheid van het monster
• Contactoppervlak van de sonde
• Temperatuurverschil van de sonde en het monster

Voor de meeste van de monsters het contactoppervlak veranderingen van de probe-sample zijn verwaarloosbaar en, vanwege de grote thermische massa, het monster blijft op een constante temperatuur (het temperatuurverschil tussen de sonde en het monster ook constant blijft, omdat de temperatuur van de sonde wordt gecontroleerd door de feedback loop). Als gevolg hiervan zullen de veranderingen in de warmtestroom alleen worden veroorzaakt door veranderingen in de thermische geleidbaarheid van het monster.

Als de thermische geleidbaarheid van het monster varieert tijdens de scan, de sonde de temperatuur heeft de neiging te veranderen, maar de Wheatstone brug maakt gebruik van de SThM fout en terugkoppeling naar de spanning op de tip evenwicht in stand te houden de temperatuur constant, op de vooraf ingestelde waarde.

Nanoscaled Thermal Imaging door de XE-serie

Figuur 7 toont de hoge resolutie topografie en thermische geleidbaarheid beeld van een 4,3 mm diameter HSQ post op een silicium substraat door de XE-serie SThM met Nano Thermal Probe. Inhomogeniteit in de thermische geleidbaarheid, als gevolg van onzuiverheden in HSQ samenstelling, is waargenomen in tegenstelling tot een vlakke topografie. Dergelijke hoge thermische resolutie en gevoeligheid kunnen alleen worden gerealiseerd door de XE-serie SThM .

Figuur 7. (A) Hoge resolutie SThM topografie en (b) thermische geleidbaarheid beeld van een HSQ post met 4,3 mm diameter op een silicium substraat (5 micrometer scanformaat) door de XEseries SThM met Nano Thermal Probe.

In Figuur 8 de hoge resolutie topografie en thermische geleidbaarheid van kleinere HSQ palen met een diameter van 0.2μm op een silicium substraat worden afgebeeld, nogmaals, het gebruik van de XE-serie SThM met Nano Thermal Probe. In de thermische geleidbaarheid beeld, kan men ook waarnemen van de onzuiverheden, die niet duidelijk is in topografie.

Figuur 8. (A) Hoge resolutie SThM topografie en (b) thermische geleidbaarheid beeld van HSQ palen met een diameter van 0,2 mm op een silicium substraat 5 micrometer scanformaat) door de XEseries SThM met Nano Thermal Probe.

Het is duidelijk aangetoond dat de XE-serie SThM een superieure ruimtelijke en thermische resolutie heeft ten opzichte van eerdere SThMs . Het opent grote mogelijkheden in de nanoschaal onderzoek van thermische eigenschappen in verschillende nanogestructureerde materialen.