Microscopia Termica di Scansione (SThM) - Il Termometro ed il Radiatore di Nanoscale

Argomenti Coperti

Introduzione
Vantaggi Importanti di Microscopia Termica di Scansione (SThM)
Principi di Funzionamento e di Tecnologia di Microscopia Termica di Scansione (SThM)
Tipi della Sonda
Applicazioni Importanti di Microscopia Termica di Scansione (SThM)
Strumentazione Termica di Microscopia di Scansione di NT-MDT (SThM)
     Regolatore e Software
     Sonde Termiche di Microscopia di Scansione di NT-MDT (SThM)

Introduzione

La Microscopia Termica di Scansione (SThM) è una tecnica avanzata di Microscopia della Sonda di Scansione che è utile per ottenere i beni termici del nanoscale e le immagini topografiche.

La strumentazione Termica di Microscopia di Scansione disponibile da NT-MDT può registrare e video la distribuzione della conducibilità termica e della temperatura alla superficie di un campione.

Vantaggi Importanti di Microscopia Termica di Scansione (SThM)

Il vantaggio principale di Microscopia Termica di Scansione è che video un'più alta risoluzione spaziale che la Microscopia, la Termometria di Riflessione del Laser e la Termometria Infrarosse di Micro-Raman.

Principi di Funzionamento e di Tecnologia di Microscopia Termica di Scansione (SThM)

Il funzionamento di un Microscopio Termico di Scansione è basato sulle Tecniche Atomiche di Microscopia (AFM) della Forza.

Quando il suggerimento atomico marcato del AFM è collocato nella vicinanza di un campione da studiare c'è uno scambio termico che modifica la temperatura del suggerimento. È poi relativamente diretto usare i segnali dal suggerimento creare che cosa è efficacemente una mappa termica della superficie.

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Lo scambio termico o il flusso di calore è influenzato da parecchi fattori; compreso la temperatura del suggerimento, della pressione del contatto e dei beni materiali inerenti del campione quali Conducibilità Termica e Capacità Termica Specifica.

Sebbene il metodo di funzionamento preferito sia via il solido alla conduzione diretta del solido, è possibile che in presenza delle specie acquose che la conduzione si presenta all'interno del menisco liquido alla superficie del suggerimento che può anche essere influenzata dalla conduzione del gas. Per questo motivo il metodo di funzionamento preferito è di scandire gli stati delle superfici sotto vuoto.

Tipi della Sonda

Due tipi di sonde sono stati utilizzati nella Microscopia Termica di Scansione -

  • Tipo della Termocoppia - con questa disposizione la temperatura è misurata da una giunzione di termocoppia al suggerimento della sonda. Tipicamente Alumel del Cromel, combinazioni di Au/Pd Au/Ni.
  • Tipo del Bolometro - in questa disposizione la temperatura della sonda è riflessa dalla resistenza di una pellicola sottile al suggerimento della sonda. La resistenza può essere utilizzata per riscaldare la sonda e per misurare la temperatura allo stesso tempo.

Il segnale dalla sonda del Bolometro attraversa un circuito di lettura del ponte di Wheatstone che fornisce un'alimentazione fissa e misura la resistenza della sonda del bolometro.

Facendo Uso di questa disposizione è possibile usare la potenza costante o la temperatura costante. Il vantaggio della temperatura costante è il danno migliore del campione ridotto e della velocità.

Il limite fondamentale di risoluzione è proporzionale al kT, dove il K è la costante di boltzman e T è la temperatura. Alla temperatura ambiente il kT è ~ 10-21 J.

Le emissioni di progettazione chiave concernenti le sonde sono il di piccola dimensione delle sonde microfabricated per raggiungere un alto livello di risoluzione spaziale accoppiato con buon isolamento termico di piccola massa termica della sonda.

Le temperature del Campione sono misurate tipicamente sulle strutture attive dell'unità quali le testine di registrazione magnetiche, i diodi laser o altri moduli di circuiti elettrici.

Per Contro, la conducibilità termica è misurata più tipico sui campioni compositi. In una tal misura, più tensione si applicherà alla sonda che la aumenta ulteriormente sopra la temperatura ambiente. La conducibilità termica del campione pregiudicherà la temperatura della sonda vuotando più o il meno calore a partire dal suggerimento e dalla conducibilità termica può quindi essere calcolato.

Applicazioni Importanti di Microscopia Termica di Scansione (SThM)

Alcune delle domande principali di SthM sono per il difetto e la rilevazione dell'area sensibile in semiconduttori, nella metrologia del photoresist e nella rilevazione di sotto funzionalità di superficie che non possono essere osservate dal AFM.

I parametri materiali Tipici che possono essere osservati comprendono la caratterizzazione termodinamica dei beni materiali quali conduttanza, capacità termica specifica e le temperature di transizione vetrosa.

La tecnologia è egualmente di importanza particolare con composti farmaceutici e per l'analisi delle biomolecole.

Strumentazione Termica di Microscopia di Scansione di NT-MDT (SThM)

Regolatore e Software

Il hardware di sistema di SThM include un regolatore elettronico, software e sonda.

Il regolatore Termico di Microscopia di Scansione (Figura 1) è connessa all'elettronica Atomica principale del Microscopio della Forza tramite socket standard di estensione. Il sistema è facilmente regolato attraverso un'interfaccia di software facile da usare.

Figura 1. regolatore Elettronico

Per facilità d'uso, il programma di controllo di SThM è integrato nel software principale di NT-MDT AFM come uno dei metodi del modo di contatto.

dovuto l'alta sensibilità del sistema e l'a basso rumore della tensione in uscita, il regolatore elettronico fornisce l'alta risoluzione del segnale.

Un vantaggio supplementare è che la dimensione compatta del hardware di elettronica semplifica l'impostazione ed ottimizza il tempo in questione nella scansione delle immagini di alta risoluzione di SThM.

Sonde Termiche di Microscopia di Scansione di NT-MDT (SThM)

Il modo di funzionamento Termico di Microscopia di Scansione con un AFM utilizza una sonda specializzata con una resistenza costruita nella trave a mensola (Figura 2)

Figura 2. supporto della Trave A Mensola

Figura 3. Testa del AFM

Il modulo dello SThM di NT-MDT permette che gli utenti riflettano i cambiamenti nella resistenza correlata con la temperatura all'estremità della sonda. Di conseguenza, il sistema può riflettere i cambiamenti relativi della temperatura del campione e della conducibilità termica.

Figura 4. Impostazione della Sonda di SThM

Le sonde termiche di NT-MDT forniscono la risoluzione laterale meglio di di 100 nanometro per sia le immagini del termale che della topografia (Figura 5).

La Figura 5. Microscopia Termica di Scansione permette che una ottenga le immagini di risoluzione di laterale di <100 nanometro.
Campione: Fibra Ottica in Epossidico. Immagine (Lasciata) di topografia; (Giusta) immagine di conducibilità termica. Dimensione di Scansione: µm 6 x 6.

La trave a mensola specializzata di SThM, fatta di SiO2 con un livello sottile del metallo, è depositata sulla sonda in tal modo che il più alta parte della resistenza del livello è concentrata vicino alla punta del suggerimento.

Figura 6. immagine di SEM della Sonda di SThM

da NT-MDT, AZoNano.com

Date Added: May 27, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:28

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