High Resolution Scanning Termisk Mikroskopi (SThM) med XE-serien Atomic Force Microscope fra Park Systems

:: AZoNanotechnology Artikkel

Emneliste

Bakgrunn
High Resolution Scanning Termisk Mikroskopi (SThM) med XE-serien AFM
XE-serien Nano Thermal Probe
Temperatur Kontrast Mode (TCM)
Ledningsevne Kontrast Mode (CCM)
Nanoscaled Thermal Imaging av XE-serien

Bakgrunn

Park Systems er Atomic force mikroskop (AFM) teknologileder, tilby produkter som imøtekomme kravene fra all forskning og industrielle nanonivå applikasjoner. Med en unik skanner design som gjør det mulig for den sanne Non-Contact bildebehandling i væske og luft miljøer, alle systemer er fullt kompatible med en lang liste av innovative og kraftfulle alternativer. Alle systemene er designet med lette-av-bruk, nøyaktighet og holdbarhet i sinn, og gi kundene den ultimate ressurser for meetiong alle nåværende og fremtidige behov.

Skryte av den lengste historien i AFM industrien, Park Systems ' er omfattende portefølje av produkter, programvare, tjenester og ekspertise overgås bare av vår forpliktelse til våre kunder.

High Resolution Scanning Termisk Mikroskopi (SThM) med XE-serien AFM

Det har vært økende interesse i varmen spredning av nanostrukturerte materialer. Den XE-serien Scanning Thermal Mikroskopi (SThM) mode ble utviklet for å sondere termiske egenskaper på nanonivå nivå. XE-serien SThM bruker nanofabricated termiske følere for å oppnå enestående høy romlig og termisk oppløsning og følsomhet med et unikt signal deteksjon ordningen.

Den SThM teknikken av XE-serien kartlegger termiske egenskapene til prøven overflaten ved hjelp av en nanofabricated termisk sonde med en resistiv element. XE-serien SThM er tilgjengelig i to moduser, Thermal Kontrast Mikroskopi (TCM) og termisk ledningsevne Contrast Mikroskopi ( CCM). TCM tillater brukeren å måle temperaturvariasjoner på et utvalg overflate. CCM tillater brukeren å måle variasjoner av varmeledningsevne på et utvalg overflate.

Figur 1 viser skjematisk diagram av XE-serien SThM system . En "V" formet resistive element er montert på slutten av en cantilever. Mens avstanden mellom sonden spissen og prøven overflaten er kontrollert av vanlig AFM ordningen, utgjør den termiske probe ene benet av en Wheatstone bro (Figur 1). Det er denne Wheatstone broen som feedbacks, justerer, og balanserer broen spenning for å måle probe temperatur (TCM) eller opprettholde en konstant probe temperatur (CCM).

Figur 1. Skjematisk diagram av XE-serien SThM system.

Et topografisk AFM bilde kan genereres fra endringer i cantilever sin amplitude avbøyning. Dermed kan topografisk informasjon skilles fra lokale variasjoner i prøvens termiske egenskaper, og de to typer bilder kan samles samtidig.

XE-serien Nano Thermal Probe

Den viktigste delen av SThM er SThM spissen, som fungerer som en motstand termometer (eller en ovn i CCM modus) samtidig som en AFM spissen. Den termiske element av en cantilever reagerer ulikt på endringer i varmeledningsevne, og føre til at cantilever å avlede. Forrige SThM design kunne ikke gi tilstrekkelig romlig og termisk oppløsning, kritisk begrenset av geometrien av en wire-baserte termisk sonde, dvs. Wollastone wire. XE-serien SThM bruker en nanofabricated termisk sonde der en resistiv element er lithographically mønster på AFM spissen .

Figur 2 (a) og 2 (b) viser scanning elektronmikroskopi (SEM) bilder av en Wollaston ledning termisk sonde og nanofabricated termiske probe brukt i XE-serien SThM . Spissen radius av nanofabricated probe er ca 100 nm muliggjør høyoppløselig termisk bilde skanning mens det av en Wollaston tråd probe er større enn flere hundre nm.

Figur 2. Den SEM bilder av (a) en XE-serie Nano Thermal Probe og (b) en Wollaston wire.

I figur 3 og 4, er en sammenligning mellom den XE-serien Nano Thermal Probe og en Wollastone ledning probe. Den avbildes prøven hydrogen silsesquioxane (HSQ) innlegg med 1 mikrometer diameter på et silisium substrat. De detaljerte forskjeller i topografiske og varmeledningsevne oppløsningen er tydelig demonstrert med XE-serien Nano Thermal Probe som har overlegen romlig og termisk oppløsning. Vær oppmerksom på at slike dramatiske forbedringer i oppløsning og følsomhet realiseres bare ved å kombinere fordelene ved nanofabricated termisk sonde og SThM modus følsomhet tilbys av XE-serien.

Figur 3. Topografi image sammenligning av HSQ innlegg fra 1 mm diameter mønstrede på et silisium substrat (5 mikrometer skannestørrelse) med (a) XE-serien Nano Thermal Probe og (b) Wollastone wire.

Figur 4. Varmeledningsevne image sammenligning av HSQ innlegg fra 1 mm diameter mønstrede på et silisium substrat (5 mikrometer skannestørrelse) med (a) XEseries Nano Termisk Probe og (b) Wollastone wire.

Temperatur Kontrast Mode (TCM)

I TCM modus, er resistiv element i XE-serien Nano Thermal Probe brukes som en motstand termometer. Temperaturen på termisk sonde endringer som spissen skanner overflaten i henhold til overflatetemperatur. Endring av ledningen temperaturen fører til endring av motstanden sin. Temperaturen i et svært lite område kan måles ved å kjøre en konstant strøm, referert til som "Probe Current," gjennom sonden og måle motstanden som vist i figur 5.

Figur 5. Skjematisk diagram av TCM-modus.

Først blir spissen settes i termisk likevekt med prøven overflaten og dermed dets motstand er konstant. På denne tiden, er den variable motstanden i brua justeres slik at den potensielle forskjellen mellom punkt 1 og 2 blir null. Deretter skanner temperaturen sonden endringene som sonden over overflaten. Den tilsvarende endring i probe motstanden vil endre spenningen balansen av broen, endring av spenningsforskjellen mellom punktene 1 og 2. Dette er referert til som " SThM error '. Dette SThM feilen blir brukt til å generere SThM bildet i TCM-modus.