Högupplöst skanning Termisk Mikroskopi (Sthm) med XE-serien atomkraftsmikroskop från Park Systems

:: AZoNanotechnology Artikel

Ämneslistan

Bakgrund
Högupplöst skanning Termisk Mikroskopi (Sthm) med XE-serien AFM
XE-serien Nano Termisk Probe
Temperatur Kontrast läge (TCM)
Konduktivitet Kontrast läge (CCM)
Nanoscaled Värmekameror med XE-serien

Bakgrund

Park Systems är atomkraftsmikroskop (AFM) tekniskt ledande, vilket ger produkter som tillgodoser kraven på all forskning och industriella nanoskala applikationer. Med en unik skanner design som gör det möjligt för den sanna icke-Kontakt avbildning i flytande och luft miljöer, alla system är fullt kompatibla med en lång lista av innovativa och kraftfulla alternativ. Alla system är utformade med enkel användning, noggrannhet och hållbarhet i åtanke, och ge dina kunder med den ultimata resurser för meetiong alla nuvarande och framtida behov.

Stoltserar med den längsta historien i AFM branschen, Park Systems är omfattande portfölj av produkter, mjukvara, tjänster och expertis matchas endast av vårt engagemang för våra kunder.

Högupplöst skanning Termisk Mikroskopi (Sthm) med XE-serien AFM

Det har varit växande intresse för värme spridning av nanostrukturerade material. Den XE-serien Scanning Termisk Mikroskopi (Sthm) läget har utvecklats för att undersöka termiska egenskaper på nanonivå nivå. Den XE-serien Sthm använder nanofabricated termiska sonder för att uppnå oöverträffad hög rumslig och termisk upplösning och känslighet med en unik signal upptäckt system.

Den Sthm teknik XE-serien kartor de termiska egenskaperna för provets yta med hjälp av en nanofabricated termisk sond med en resistiv del. Den XE-serien Sthm finns i två lägen, Thermal Kontrast Mikroskopi (TCM) och termisk ledningsförmåga Kontrast Mikroskopi ( CCM). TCM tillåter användaren att mäta temperaturen variationer på ett prov yta. CCM tillåter användaren att mäta variationer av värmeledningsförmåga på ett prov yta.

Figur 1 visar schematiskt de XE-serien Sthm systemet . En "V" formade motståndselement är monterad vid slutet av en fribärande. Även avståndet mellan spetsen och provets yta styrs av vanliga AFM system, utgör termisk sond ena benet av en Wheatstone-brygga (figur 1). Det är denna Wheatstonebrygga som återkopplingar, justerar och balanserar bron spänning för att mäta sondens temperatur (TCM) eller hålla en konstant sondtemperatur (CCM).

Figur 1. Schematisk beskrivning av XE-serien Sthm systemet.

En topografisk AFM bild kan genereras från förändringar i den fribärande s amplitud deformationen. Således kan topografisk information skiljas från lokala variationer i provets termiska egenskaper, och de två typer av bilder kan samlas samtidigt.

XE-serien Nano Termisk Probe

Den viktigaste delen av Sthm är Sthm spetsen, som fungerar som ett motstånd termometer (eller en värmare i CCM-läge) samtidigt som en AFM spets. Den termiska element av en fribärande reagerar olika på förändringar i värmeledningsförmåga, och orsaka fribärande att avleda. Tidigare Sthm mönster kunde inte ge tillräcklig rumslig och termisk upplösning, kritiskt begränsas av geometrin för en kabelbaserad termisk sond, dvs Wollastone tråd. Den XE-serien Sthm använder en nanofabricated termisk sond där ett resistivt element LITOGRAFISKT mönstrade på AFM spets .

Figur 2 (a) och 2 (b) visar svepelektronmikroskop (SEM) bilder av en Wollaston tråd termisk sond och nanofabricated termisk sond som används i XE-serien Sthm . Spetsen radie nanofabricated sonden är ca 100 nm så hög upplösning värmebilden skanning samtidigt som en Wollaston tråd sond är större än flera hundra nm.

Figur 2. SEM bilder av (a) ett XE-serien Nano Termisk Probe och (b) en Wollaston tråd.

I figur 3 och 4, görs en jämförelse mellan XE-serien Nano Termisk Probe och en Wollastone tråd sond. Den avbildade provet vätgas silsesquioxane (HSQ) tjänster med 1 mm diameter på en kisel-substrat. Den detaljerade skillnader i topografiska och termisk ledningsförmåga upplösning visas tydligt med XE-serien Nano Termisk Probe som har överlägsna rumsliga och termisk upplösning. Observera att sådana dramatiska förbättringar i upplösning och känslighet realiseras endast genom att kombinera fördelarna med nanofabricated termisk sond och Sthm läge känsligheten erbjuds av XE-serien.

Figur 3. Topografi bild jämförelse av HSQ inlägg av 1 mm diameter mönstrade på en kisel-substrat (5 ìm skanna storlek) med hjälp av (a) XE-serien Nano Termisk Probe och (b) Wollastone tråd.

Figur 4. Värmeledningsförmåga bild jämförelse av HSQ inlägg av 1 mm diameter mönstrade på ett kiselsubstrat (5 ìm skanna storlek) med hjälp av (a) XEseries Nano Termisk Probe och (b) Wollastone tråd.

Temperatur Kontrast läge (TCM)

I TCM läge är resistiv del av XE-serien Nano Termisk Probe används som ett motstånd termometer. Temperaturen på termisk sond förändringar som spetsen söker igenom ytan efter yttemperaturen. Byte av kabeln temperaturen leder till förändring av dess motstånd. Temperaturen i en mycket liten region kan mätas genom att köra en konstant ström, kallad "Probe Current," genom sonden och mäta motståndet som visas i Figur 5.

Figur 5. Schematisk beskrivning av TCM-läget.

För det första är spetsen tas i termisk jämvikt med provets yta och därmed dess motståndskraft är konstant. Vid denna tid, är det variabla motståndet bron justeras så att den potentiella skillnaden mellan punkt 1 och 2 blir noll. Sedan skannar temperatur sond förändringar som sonden över ytan. Motsvarande förändring i sonden motståndet kommer att förändra spänningen balansen av bron, ändra spänningen skillnaden mellan punkterna 1 och 2. Detta kallas " Sthm fel ". Detta Sthm fel används för att skapa Sthm bilden i TCM-läge.

Den nuvarande passerade sonden i TCM är inställd på att vara liten nog att ingen självupphettande av sonden sker. (Motstånd ändras på grund av egenuppvärmning skulle orsaka fel i temperaturmätning.) Även i TCM läge är scanningshastighet begränsad av den tid det tar för tipset att nå termisk jämvikt med provet yta.

Konduktivitet Kontrast läge (CCM)

I Konduktivitet Kontrast läge (CCM) den resistiva delen av XE-serien Nano Termisk Probe används som en resistiv värmare. Tillräckligt med energi läggs på sondens spets till att hålla det på en inställd temperatur via en återkoppling. Den energi som krävs för att bibehålla inställd temperatur representerar den lokala värmeledningsförmåga. Schematisk beskrivning av CCM visas i Figur 6.

Figur 6. Schematisk beskrivning av CCM-läget.

När den uppvärmda sonden, förinställt till ett värde mycket högre än ett prov temperatur, tar kontakt, värme strömmar från sonden till provet, vilket resulterar i kylningen av sonden. Den feedback sinnen denna förändring, balanserar bron spänning, och återställer sondens motstånd (eller temperatur) till dess förinställda värde. Den rådata från Sthm av XE-serien speglar den feedback spänning, V _ut, tillämpas på bron. Dock är värmeledningsförmågan av provet proportionell mot värmeflödet (~ V _ut ^2), när spetsen är i kontakt med ett prov. En enkel kalibreringsmetod kan genomföras för absolut värmeledningsförmåga mätning.

Värmen flödet mellan spets och prov under utredning styrs av följande tre faktorer;

• Värmeledningsförmåga av provet
• Kontaktyta av sonden
• Temperaturskillnad av sonden och provet

För de flesta av proverna kontaktytan förändringar av probe-provet är försumbara och på grund av dess stora termiska massan förblir provet vid en konstant temperatur (temperaturskillnaden mellan spetsen och provet också förblir konstant sedan temperaturen sonden styrs av återkoppling). Som ett resultat av detta kommer förändringarna i värmeflödet endast orsakas av förändringar i värmeledningsförmåga av provet.

Som värmeledningsförmåga av provet varierar under genomsökningen, tenderar sondens temperatur för att ändra, men använder Wheatstone överbrygga Sthm fel och återkoppling för att balansera den spänning som till spetsen för att hålla dess temperatur konstant på inställd värde.

Nanoscaled Värmekameror med XE-serien

Figur 7 visar den högupplösta topografi och värmeledningsförmåga bild av en 4,3 mm diameter HSQ inlägg på ett kiselsubstrat med XE-serien Sthm med Nano Termisk Probe. Homogen i värmeledningsförmåga, på grund av föroreningar i HSQ sammansättning observeras i motsats till en platt topografi. Sådana höga termiska upplösning och känslighet kan bara förverkligas genom XE-serien Sthm .

Figur 7. (A) Hög upplösning Sthm topografi och (b) värmeledningsförmåga bilden av en HSQ inlägg med 4,3 mm diameter på en kisel-substrat (5 ìm skanningsstorlek) av XEseries Sthm med Nano Termisk Probe.

I Figur 8 den högupplösta topografi och värmeledningsförmåga på mindre HSQ inlägg med 0.2μm diameter på en kisel-substrat är avbildade, igen, med hjälp av XE-serien Sthm med Nano Termisk Probe. I värmeledningsförmåga bilden, kan man observera även de föroreningar, som inte är uppenbar i topografin.

Figur 8. (A) Hög upplösning Sthm topografi och (b) värmeledningsförmåga bilden av HSQ inlägg med 0,2 mm diameter på ett kiselsubstrat 5 ìm skanningsstorlek) av XEseries Sthm med Nano Termisk Probe.

Det är tydligen visade att XE-serien Sthm har en överlägsen rumslig och termiska upplösningen jämfört med tidigare SThMs . Det öppnar upp stora möjligheter i nanoskala undersökning av termiska egenskaper i olika nanostrukturerade material.

Källa: Scanning Termisk Mikroskopi (Sthm) - Ansökan Not från Park Systems
För mer information om denna källa besök Park Systems