高分辨率扫描热量显微学 (SThM) 与从公园系统的 XE 串联基本强制显微镜

事宜列表

背景
高分辨率扫描热量显微学 (SThM) 与 XE 串联 AFM
XE 串联纳诺热量探测
温度对比模式 (TCM)
传导性对比模式 (CCM)
由 XE 串联的 Nanoscaled 热成象

背景

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高分辨率扫描热量显微学 (SThM) 与 XE 串联 AFM

有生长兴趣在 nanostructured 材料上热散射。 浏览热量显微学 (SThM) 模式的 XE 串联被开发探查热量属性在 nanoscale 级别。 XE 串联 SThM 用途 nanofabricated 热量探测达到史无前例的高空间和热量解决方法和区分与一个唯一信号检测模式。

通过使用与一个抗拒要素的 nanofabricated 热量探测 XE 串联的 SThM 技术映射范例表面的热量属性。 XE 串联 SThM 是可用的在二个模式、热量对比显微学 (TCM)和导热性对比显微学 (CCM)。 TCM 允许这个用户评定在范例表面的温度差异。 CCM 允许这个用户评定导热性的差异在范例表面的。

图 1 显示 XE 串联 SThM 系统的简图。 “V”塑造了抗拒要素被挂接在悬臂结束时。 当探测技巧和范例表面之间的距离是由通常 AFM 模式时控制的,热量探测形成惠斯登桥 (图 1) 的一行程。 它是反馈,调整的此惠斯登桥,并且平衡桥梁电压为了评定探测的温度 (TCM)或维护一个恒定的探测温度 (CCM)。

图 1. 简图 XE 串联 SThM 系统。

一个地形学 AFM 图象可以从在悬臂的高度偏折上的变化被生成。 因此,地形学信息可以从在范例的热量属性上的局部变化分隔,并且图象的二种类型可以同时收集。

XE 串联纳诺热量探测

SThM 的关键部分是 SThM 技巧,担当电阻温度计 (或一台加热器在 CCM 模式下) 在 AFM 技巧的同时。 悬臂的热量要素不同地回应在导热性上的变化,并且造成悬臂偏转。 早先 SThM 设计不能提供满足的空间和热量解决方法,紧要地限制由基于电汇的热量探测,即 Wollastone 电汇的几何。 XE 串联 SThM 使用一个抗拒要素平版印刷在 AFM 技巧被仿造的 nanofabricated 热量探测。

浏览 Wollaston 的电子显微镜术图象图 2 (a) (SEM) 和 2 (b) 显示架线热量用于 XE 串联的探测和 nanofabricated 热量探测 SThM。 nanofabricated 探测的技巧半径约为 100 毫微米启用高分辨率热量图象扫描,当那 Wollaston 电汇探测大于数百时 nm。

图 2。 (a) XE 串联纳诺热量探测和 (b) Wollaston 的 SEM 图象架线。

在表 3 和 4,比较做在 XE 串联纳诺热量探测和 Wollastone 电汇探测之间。 这个印象的范例是氢有 (HSQ) 1 条 µm 直径的 silsesquioxane 过帐在硅体。 在地形学和导热性解决方法上的详细区别明显地展示与有优越空间和热量解决方法的 XE 串联纳诺热量探测。 请注意:在解决方法和区分的这样严重的改进通过结合 XE 串联和 SThM 模式区分的提供的好处仅认识到 nanofabricated 热量探测。

在硅体 (5 µm 扫描范围) 的图 3. 1 mm 直径 HSQ 过帐的地势图象比较使用 (a) XE 串联纳诺热量探测和 (b) Wollastone 电汇被仿造的。

在硅体 (5 µm 扫描范围) 的图 4. 1 mm 直径 HSQ 过帐的导热性图象比较使用 (a) XEseries 纳诺热量探测和 (b) Wollastone 电汇被仿造的。

温度对比模式 (TCM)

在 TCM 模式下, XE 串联纳诺热量探测的抗拒要素使用作为电阻温度计。 当这个技巧根据表面温度,浏览表面热量探测的温度更改。 改变的电汇温度导致其阻力的更改。 一个非常小的区域的温度可以通过运行恒定的当前评定,被称为 ‘探测当前’,通过探测和评定阻力如图 5. 所显示。

图 5. 简图 TCM 模式。

首先,这个技巧被放到与范例表面的热平衡,并且因而其阻力是恒定的。 此时,调整在桥梁的可变电阻器,以便点 1 和 2 之间的电位差成为零。 然后,当探测浏览在表面,探测的温度更改。 在探测阻力上的对应的变化将修改桥梁的电压平衡,更改点 1 和 2. 之间的电压区别。 这指 ‘SThM 错误’。 此 SThM 错误在 TCM 模式下用于生成 SThM 图象。

通过在没有自动加热探测发生的 TCM 的探测设置当前是足够小的。 (阻力更改由于自热化在温度评定将导致错误。) 并且,当它采取为了这个技巧能到达与范例表面的时候,热平衡在 TCM 模式,扫描速度是有限的。

传导性对比模式 (CCM)

在传导性对比模式下, (CCM) XE 串联纳诺热量探测的抗拒要素使用作为一台抗拒加热器。 满足的能源适用于探测技巧保留它在集温度通过反馈环路。 要求的这个能源维护集温度表示这种局部导热性。 简图 CCM 在表 6. 显示。

图 6. 简图 CCM 模式。

当激昂的探测,在值的边框形式高于范例温度,联系联络,从探测的热流到范例,造成冷却探测。 反馈感觉此班次,平衡桥梁电压,并且恢复探测的阻力 (或温度) 对其先定价值。 从 XE 串联的 SThM 的原始数据反射反馈电压, Vout ,适用于桥梁。 然而,这个标本的导热性与热流 (~V) 是按比例out2,当这个技巧是与范例联系时。 一个简单的定标方法可以为绝对导热性评定执行。

在技巧和标本之间的热流在调查之中是由下列三个系数控制的;

  • 范例的导热性
  • 探测的联系范围
  • 探测和范例的温度区别

对于大多范例这个探测范例的联系范围更改是微不足道的,并且,由于其大热量质量,这个范例保持在恒温 (在探测技巧和这个范例之间的温度区别也坚持恒定,因为探测的温度是由反馈环路控制的)。 结果,在热流上的变化将由在这个范例的导热性的上变化只造成。

在扫描期间,当这个范例的导热性变化,探测的温度倾向于更改,然而,惠斯登桥使用 SThM 错误和反馈环路平衡电压适用于这个技巧为了维护其温度常数,在先定价值。

由 XE 串联的 Nanoscaled 热成象

图 7 由与纳诺热量探测的 XE 串联 SThM 显示一笔 4.3 mm 直径 HSQ 过帐的高分辨率地势和导热性图象在硅体的。 与平面的地势对比,在这种导热性的多相性,由于在 HSQ 构成的杂质,被观察。 这样高热量解决方法和区分可以由 XE 串联 SThM 只认识到。

在硅体 (5 µm 扫描范围) 的图 7. (a) 高分辨率 SThM 地势和 (b) 一笔 HSQ 过帐的导热性图象有 4.3 mm 直径的与纳诺热量探测的 XEseries SThM。

在硅体的表 8 更小的 HSQ 过帐高分辨率地势和导热性有 0.2µm 直径的使用与纳诺热量探测的 XE 串联 SThM 是印象的,再。 在导热性图象,一个可能也观察杂质,不是明显的在地势方面。

在一个硅体 5 µm 扫描范围的图 8. (a) 高分辨率 SThM 地势和 (b) HSQ 过帐导热性图象有 0.2 mm 直径的) 与纳诺热量探测的 XEseries SThM。

明显被展示 XE 串联 SThM 有一个优越空间和热量解决方法与早先 SThMs 比较。 它打开在热量属性的 nanoscale 调查的巨大可能性以多种 nanostructured 材料。

来源: 浏览的热量显微学 (SThM) - 由公园系统的应用注解

关于此来源的更多信息请参观公园系统

Date Added: Apr 17, 2008 | Updated: Sep 19, 2013

Last Update: 19. September 2013 11:26

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