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主题列表
背景
高分辨率扫描热显微镜（SThM XE系列AFM）
XE系列纳米热探针
温度对比模式（中医）
电导率对比度模式（CCM）
奈米XE系列热成像
背景
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高分辨率扫描热显微镜（SThM XE系列AFM）
人们越来越在纳米材料的热分散的利益。 XE系列扫描热显微镜（SThM）模式开发的探针在纳米级的热性能。 XE系列SThM使用nanofabricated热探针，实现了一个独特的信号检测方案的前所未有的高度，空间和散热的分辨率和灵敏度。
XE系列SThM技术地图使用一个nanofabricated热探头与电阻元件的样品表面的热性能。 XE系列SThM是在两种模式下，热显微镜（中医）和热传导性显微镜（ CCM）中医允许用户测量样品表面的温度变化。 CCM允许用户测量样品表面的导热系数的变化。
图1显示的XE系列SThM系统的原理图。一个“V”形电阻元件被安装在悬臂结束。当探针和样品表面之间的距离是由通常的原子力显微镜的计划控制，热探头，形成一条腿的惠斯通电桥（图1 ）。这是这惠斯登电桥，反馈，调整，平衡电桥电压，以便测量探头的温度（中医），或保持一个恒定的探头温度（CCM）。
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图1。 XE系列SThM系统的示意图。
在悬臂的振幅偏转变化可以生成地形的原子力显微镜图像。因此，地形信息，可以被分离样品的热性能的局部变化，和两种类型的图像，同时可以收集。
XE系列纳米热探针
的关键组成部分 SThM SThM提示，电阻温度计作为的同时（或在CCM模式下的加热器） ，原子力显微镜针尖。悬臂热元素反应不同导热系数的变化，并导致悬臂偏转。前SThM设计不能提供足够的空间和热的决议，批判地由导线为基础的热探头，即Wollastone线的几何形状的限制。，XE系列SThM使用其中一个电阻元件是印刷图案的原子力显微镜针尖上的一个热探头nanofabricated 。
图2（a）和2（b）显示了扫描电子显微镜（SEM）一个沃拉斯顿线热探头图像，并在使用XE系列SThM nanofabricated热探头。 nanofabricated探头尖端半径约为100 nm，使高分辨率的热图像扫描，而沃拉斯顿线探头比几百纳米。
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图2。 （一）XE系列纳米热探头和（b）一个沃拉斯顿线的SEM照片。
在图3和4，比较之间的XE系列纳米热探头和Wollastone线探头。成像样品是氢倍半硅氧烷（HSQ）与硅衬底上的1微米直径的职位。 XE系列纳米热探头，具有优越的空间和热决议清楚地表明在地形和导热分辨率的详细差异。请注意分辨率和灵敏度等显着增强，仅由nanofabricated热探头和优势结合起来 ，实现SThM模式灵敏度XE系列提供。
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图3。 1毫米直径的硅基底上的图案（5微米扫描尺寸）（一）XE系列纳米热探头和（b）Wollastone线HSQ职位的地形图像进行比较。
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图4。导热系数的1毫米直径的硅衬底上（5微米扫描尺寸）图案的使用（一）XEseries纳米热探头和（b）Wollastone线的HSQ职位的形象比较。
温度对比模式（中医）
在中医模式，XE系列纳米热探头的电阻元件电阻温度计。根据表面温度，热探头尖的变化温度的表面进行扫描。线温度的变化导致其电阻变化。一个非常小的区域的温度可以通过运行一个恒定的电流测量，简称为“电流探头，通过探头和测量电阻，如图5所示。
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图5。中医模式的示意图。
首先，针尖与样品表面的热平衡投入，因而它的电阻是不变的的。此时，在桥的可变电阻调整，使1和2点之间的电位差变为零。然后，温度探头，探头的变化在表面扫描。探头的电阻的相应变化，将改变电压平衡的桥梁，改变点1和2之间的电压差。这就是所谓的' SThM错误'。这SThM错误是用来产生SThM的中医模式的形象。
通过探头中医的电流设置为足够小，没有探头的自热发生。 （由于自加热的电阻变化会导致温度测量中的错误。）此外，在中医模式，扫描速度的小费达到与样品表面的热平衡所需的时间是有限的。
电导率对比度模式（CCM）
电导率对比度模式（CCM）的XE系列纳米热探头的电阻元件是用来作为一个电阻加热器。有足够的能量是施加到探头尖端保持在设定温度，它通过一个反馈环路。保持设定温度所需的能量，代表当地的导热系数。 CCM的示意图如图6所示。
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图6。 CCM模式的示意图。
当预设值比样品的温度高得多，使得加热探头，探头接触，热流量的样品，在探头的冷却。反馈感官这种转变，平衡电桥电压，探头的电阻（或温度），并恢复其预设值。 XE系列SThM的原始数据反映的反馈电压V OUT，应用于桥梁。然而，试样的热导率是成正比的热流（〜 出2 V），当针尖与样品接触。简单的校准方法可以实现绝对的导热系数测量。
针尖与试样的受调查的热流是由以下三个因素控制;
对于大多数的样品探针样品接触面积的变化可以忽略不计，而且由于其大热质量，样品保持在一个恒定的温度（探针和样品之间的温差也保持不变，因为在温度探头是由反馈环路控制）。因此，在热流的变化将不仅造成样品的热传导率的变化。
然而，由于样品的导热系数在扫描过程中各不相同，探头的温度趋于改变，惠斯登电桥使用的SThM错误和反馈环路，以平衡应用于尖端的电压保持其温度不变，在预设值。
奈米XE系列热成像
图7显示的高分辨率地形和XE系列SThM与纳米热探针导热一个直径4.3毫米的HSQ的硅衬底上，经后的图像。在导热不均匀性，由于HSQ成分中的杂质，是观察到在一个地势平坦。如此高的温度分辨率和灵敏度只能实现XE系列SThM 。
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图7。 （一）高分辨率SThM地形和（b）与4.3毫米直径的硅衬底上（5微米扫描尺寸）纳米热探头XEseries SThM HSQ后的导热形象。
在图8中的高分辨率地形和导热系数与0.2微米直径硅基底上的较小的HSQ职位的成像， 再次使用XE系列SThM纳米热探头。导热形象，也可以观察到的杂质，这不是明显的地形。
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图8。 （一）高分辨率SThM地形和（b）与硅基底上的5微米扫描尺寸的0.2毫米直径的纳米热探头XEseries SThM）HSQ职位的导热形象。
XE系列SThM拥有优越的空间和热分辨率， 与以前SThMs相比，这显然是证明。它开辟了在热性能在各种纳米材料的纳米级调查很大的可能性。
来源：扫描热显微镜（SThM） -公园系统的应用笔记
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