Высокое разрешение сканирования Тепловая микроскопия (SThM) с XE-серии атомно-силовой микроскоп от парка системы

:: AZoNanotechnology статьи

Список тем

Фон
Высокое разрешение сканирования Тепловая микроскопия (SThM) с XE-серии AFM
XE-серии Nano термозонд
Температура контрастность Режим (TCM)
Проводимость контрастность Режим (СКК)
Наноразмерных Тепловизор по XE-серии

Фон

Парк системы является атомно-силовой микроскоп (АСМ) технологическим лидером, предлагая продукты, которые касаются требований всех научных и промышленных наноразмерных приложений. С уникальным дизайном сканер, который позволяет Правда Бесконтактный изображений в жидких и воздушных сред, все системы полностью совместимы с длинного списка инновационных и мощных вариантов. Все системы разработаны с простотой в использовании, долговечность и точность в виду, и предоставить своим клиентам с конечной ресурсов для meetiong всех настоящих и будущих потребностей.

Имея самую длинную историю в АСМ промышленности, парк Systems, всеобъемлющий портфель продуктов, программное обеспечение, услуги и опыт могут сравниться только наше обязательство перед клиентами.

Высокое разрешение сканирования Тепловая микроскопия (SThM) с XE-серии AFM

Там было все возрастающий интерес к рассеивания тепла наноструктурных материалов. XE-серии Сканирование Тепловая микроскопия (SThM) режим был разработан для исследования теплофизических свойств на наноуровне. XE-серии SThM использует nanofabricated тепловых зондов для достижения беспрецедентно высокого пространственного и тепловой разрешение и чувствительность с уникальной схемой обнаружения сигнала.

SThM техника XE-серии карт тепловые свойства поверхности образца с помощью nanofabricated тепловой датчик с резистивным элементом. XE-серии SThM доступна в двух режимах, тепловой микроскопии контрастность (ТКМ) и тепловой микроскопии контрастность Проводимость ( СКК). TCM позволяет пользователю измерять изменение температуры на поверхности образца. CCM позволяет пользователю измерять вариации теплопроводности на поверхности образца.

На рисунке 1 показана схема XE-серии SThM системы . "V" форму резистивного элемента установлен в конце кантилевера. В то время как расстояние между кончиком зонда и поверхностью образца контролируется обычным АСМ схема, тепловой датчик формирует одну ногу моста Уитстона (рис. 1). Именно этот мост Уитстона которой обратные связи, регулирует, и остатки моста напряжение для измерения температуры зонда (ТКМ) или поддерживать постоянную температуру зонда (СКК).

Рисунок 1. Принципиальная схема XE-серии SThM системы.

Топографических АСМ изображения могут быть получены в результате изменения амплитуды отклонения кантилевера. Таким образом, топографической информации может быть отделена от локальных вариаций тепловые свойства образца, а также два типа образов могут быть собраны одновременно.

XE-серии Nano термозонд

Ключевой частью SThM является SThM наконечник, который служит в качестве термометра сопротивления (или обогреватель в режиме СКК), в то же время, как АСМ чаевые. Тепловой элемент консольно-разному реагирует на изменения в теплопроводность, и вызвать консоль, чтобы отвлечь. Предыдущая SThM конструкций не могли обеспечить достаточное пространственное и температурной чувствительности, критически ограничен геометрии проволоки основе теплового датчика, т.е. Wollastone проволоки. XE-серии SThM использует nanofabricated термозонд где резистивный элемент литографически по образцу АСМ наконечник .

Рисунок 2 (а) и 2 (б) показывает, сканирующей электронной микроскопии (SEM) изображения проволоки Волластон термозонд и nanofabricated тепловых датчика, используемого в XE-серии SThM . Радиусом головки nanofabricated зонд около 100 нм позволяет с высоким разрешением сканирования изображения тепловых то время как датчик провод Волластон больше нескольких сотен нм.

Рисунок 2. СЭМ изображения () XE-серии Nano термозонд и (б) провод Волластон.

На рисунке 3 и 4, сравнение между XE-серии Nano Тепловой датчик и датчик Wollastone проволоки. Отображаемого образца водорода silsesquioxane (HSQ) сообщения с 1 мкм в диаметре на кремниевой подложке. Подробные различия в топографических и теплопроводности разрешение четко продемонстрировано с XE-серии Nano термозонд который имеет превосходные пространственные и температурной чувствительности. Пожалуйста, обратите внимание, что такие драматические улучшения в разрешение и чувствительность реализуются только путем объединения преимуществ nanofabricated термозонд и SThM чувствительность режиме, предлагаемых XE-серии.

Рисунок 3. Топография изображение сравнение HSQ сообщений диаметром 1 мм по образцу кремниевой подложке (5 мкм размер сканируемого оригинала) с использованием () XE-серии Nano термозонд и (б) Wollastone проволоки.

Рисунок 4. Тепловое изображение сравнения проводимость HSQ сообщений диаметром 1 мм по образцу кремниевой подложке (5 мкм размер сканируемого оригинала) с использованием () XEseries Nano термозонд и (б) Wollastone проволоки.

Температура контрастность Режим (TCM)

В режиме TCM, резистивный элемент XE-серии Nano термозонд используется в качестве термометра сопротивления. Температура тепловых изменений зонда наконечник сканирует поверхность в соответствии с температурой поверхности. Изменение проволоки температуры приводит к изменению ее сопротивления. Температура очень малой области может быть измерена путем запуска постоянного тока, называют "зонда ток, 'через зонд и измерения сопротивления, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5. Принципиальная схема режиме традиционной китайской медицины.

Во-первых, наконечник вводится в тепловом равновесии с поверхностью образца и, следовательно, его сопротивление остается постоянным. В это время, переменный резистор в мост настроен так, что разность потенциалов между точками 1 и 2 становится равной нулю. Затем, температура зонда изменения как зонд сканирует по поверхности. Соответствующее изменение сопротивления датчика изменит напряжение баланс моста, изменяя разность потенциалов между точками 1 и 2. Это называется « SThM ошибке ". Это SThM ошибка используется для генерации SThM изображение в режиме традиционной китайской медицины.

Тока, протекающего через зонд в TCM установлен на достаточно малым, чтобы не саморазогрева зонда происходит. (Сопротивление измениться из-за самонагрев бы привести к ошибкам в измерении температуры.) Также в TCM режиме, скорость сканирования ограничивается время, необходимое для наконечника для достижения теплового равновесия с поверхности образца.

Проводимость контрастность Режим (СКК)

В Проводимость Контрастность режиме (СКК) резистивного элемента XE-серии Nano термозонд используется в качестве резистивного нагревателя. Достаточная энергия применяется для зонда, чтобы держать его на заданную температуру с помощью обратной связи. Энергия, необходимая для поддержания заданной температуры представляет местные теплопроводности. Принципиальная схема СКК показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Принципиальная схема режиме СКК.

Когда нагревается зонд, устанавливаемый при ценность намного выше, чем температура образца, вступает в контакт, тепловые потоки от зонда к образцу, в результате охлаждения датчика. Обратная связь чувств этот сдвиг, остатки моста напряжение и восстанавливает сопротивление зонда (или температуры) к его заданного значения. Необработанные данные из SThM из XE-серии отражает обратной связи напряжение, _из, примененная к мосту. Тем не менее, теплопроводность образца пропорциональна теплового потока (~ V _из ^2), когда наконечник находится в контакте с образцом. Простой метод калибровки могут быть реализованы для абсолютных измерений тепловой проводимости.

Тепловой поток между иглой и образцом при расследовании находится под контролем трех следующих факторов;

• Теплопроводность образцов
• Площадь контакта зонда
• Разность температур зонда и образца

Для большинства образцов площадь контакта изменения зонд-образец незначительны и, благодаря своей большой тепловой массой, образец остается при постоянной температуре (разница температур между кончиком зонда и образца также остается постоянным, так как температура Зонд находится под контролем обратной связи). В результате изменений в тепловой поток будет только, вызванные изменениями в теплопроводности образца.

Как теплопроводность образца варьируется в ходе проверки, температура зонда имеет тенденцию изменяться, однако, мост Уитстона использует SThM ошибок и обратной связи, чтобы уравновесить напряжение, подаваемое на кончике, чтобы поддерживать его температуру постоянной, при заданных значение.

Наноразмерных Тепловизор по XE-серии

Рисунок 7 демонстрирует высокий рельеф разрешением и тепловое изображение проводимости 4,3 мм в диаметре HSQ сообщение на кремниевой подложке XE-серии SThM с Nano Тепловой Probe. Неоднородность в теплопроводность, из-за примесей в составе HSQ, наблюдается в отличие от плоского рельефа. Такие высокие тепловые разрешение и чувствительность может быть реализована только XE-серии SThM .

Рисунок 7. () С высоким разрешением SThM топографии и (б) тепловое изображение проводимости HSQ поста с диаметром 4,3 мм на кремниевой подложке (5 мкм размер сканируемого оригинала) по XEseries SThM с Nano Тепловой Probe.

На рисунке 8 высоком разрешении и топографии теплопроводность меньше HSQ сообщения с диаметром 0,2 мкм на кремниевой подложке в образ будут, опять же, используя XE-серии SThM с Nano Тепловой Probe. В тепловом изображении проводимости, можно также наблюдать примесей, которые не являются очевидными в топографии.

Рисунок 8. () С высоким разрешением SThM топографии и (б) тепловое изображение проводимости HSQ сообщения с диаметром 0,2 мм на кремниевой подложке 5 размер сканируемого мкм) XEseries SThM с Nano Тепловой Probe.

Это, очевидно, показали, что XE-серии SThM имеет превосходное пространственное и температурной чувствительности по сравнению с предыдущими SThMs . Это открывает большие возможности в наномасштабе исследования теплофизических свойств в различных наноструктурированных материалов.

Источник: Сканирование Тепловая микроскопия (SThM) - Заявление Записка Парк системы
Для получения дополнительной информации на этот источник пожалуйста, посетите Парк системы