Scanning Termisk Mikroskopi (SThM) - nanoskala termometer og varmer

Emner som dekkes

Innledning
Major Fordeler med Scanning Thermal Mikroskopi (SThM)
Teknologi og Operating Principles of Scanning Thermal Mikroskopi (SThM)
Probe Typer
Major Applications of Scanning Thermal Mikroskopi (SThM)
NT-MDT Scanning Thermal Mikroskopi (SThM) Utstyr
Controller og Software
NT-MDT Scanning Thermal Mikroskopi (SThM) prober

Innledning

Scanning Termisk Mikroskopi (SThM) er et avansert Scanning Probe Mikroskopi teknikk som er nyttig for å skaffe nanoskala termiske egenskaper og topografiske bilder.

Scanning Termisk Mikroskopi utstyr tilgjengelig fra NT-MDT er i stand til å registrere og vise temperatur og varmeledningsevne fordeling på overflaten av en prøve.

Major Fordeler med Scanning Thermal Mikroskopi (SThM)

Den store fordelen med Scanning Thermal Mikroskopi er at den viser en høyere romlig oppløsning enn Infrarød Mikroskopi, Laser Refleksjon termometri og Micro-Raman termometeret.

Teknologi og Operating Principles of Scanning Thermal Mikroskopi (SThM)

Driften av et Scanning Thermal Microscope er basert på Atomic Force Mikroskopi (AFM) Techniques.

Når atomically skarpe AFM spissen er plassert i nærhet til en prøve for å bli studert det er en varmeveksling som endrer temperaturen i spissen. Det er da relativt enkelt å bruke signaler fra tuppen til å lage hva som er effektivt en termisk kart av overflaten.

Merk: Hvis du ikke kan vise animert grafikk under må du
laste ned den nyeste versjonen av Flash Player fra Adobe.com

Varmen bytte eller varmestrøm påvirkes av flere faktorer, blant annet temperaturen i spissen, kontakten trykket og den iboende materialegenskaper av prøven som varmeledningsevne og spesifikk varmekapasitet.

Selv den foretrukne metoden for operasjonen er via fast til solide direkte ledning, er det mulig at i nærvær av kammervann arter som conduction skjer innen væsken menisken på spissen overflaten som også kan påvirkes av gass ledning. Av denne grunn den foretrukne metoden for operasjonen er å skanne overflater under vakuum.

Probe Typer

To typer sonder har blitt brukt i Skanning Thermal Mikroskopi -

• Termoelement type - med denne ordningen temperaturen måles med et termoelement veikrysset på probespiss. Vanligvis Chromel Alumel, Au / Pd Au / Ni kombinasjoner.
• Bolometer type - i denne ordningen sonden temperaturen overvåkes av motstanden av en tynn film på probespiss. Motstanden kan brukes til å varme opp sonden og måle temperaturen på samme tid.

Signalet fra bolometer sonden passerer gjennom en Wheatstone bro avlesning krets som gir en fast strømkilde og måler motstand bolometer probe.

Ved hjelp av denne ordningen er det mulig å bruke konstant strøm eller konstant temperatur. Fordelen med konstant temperatur er økt hastighet og redusert sample skade.

Den fundamentale grensen for oppløsning er proporsjonal med kt, der k er boltzman konstant og T er temperaturen. Ved romtemperatur KT er ~ 10-21 J.

Nøkkelen utforming problemstillinger knyttet til probes er den lille størrelsen på microfabricated prober å oppnå en høy grad av romlig oppløsning kombinert med god termisk isolasjon av en liten termisk masse av sonde.

Eksempel temperaturer er vanligvis målt på aktiv enhet strukturer som magnetiske lesehodene, laser dioder eller andre former for elektriske kretser.

Motsatt er varmeledningsevne mer typisk målt på kompositt prøver. I en slik måling, vil mer spenning påføres sonden øke den ytterligere over romtemperatur. Varmeledningsevne av utvalget vil påvirke temperaturen i sonden ved å tappe mer eller mindre varme vekk fra spissen og varmeledningsevne kan dermed beregnes.

Major Applications of Scanning Thermal Mikroskopi (SThM)

Noen av de store søknader om SthM er for defekt og hot spot deteksjon i halvledere, fotoresist metrologi og påvisning av sub overflate funksjoner som ikke kan observeres av AFM.

Typiske materiale parametere som kan observeres inkludere termodynamiske karakterisering av materialegenskaper som konduktans, spesifikk varmekapasitet og glass overgang temperaturer.

Teknologien er også av spesiell relevans for farmasøytiske forbindelser og for analyse av biomolekyler.

NT-MDT Scanning Thermal Mikroskopi (SThM) Utstyr

Controller og Software

Den SThM system maskinvare inkluderer en elektronisk kontroller, programvare og sonder.

Den Scanning Termisk Mikroskopi kontroller (Figur 1) er koblet til hoved Atomic Force Microscope elektronikk via en standard forlengelse socket. Systemet justeres enkelt gjennom et brukervennlig programvare grensesnitt.

Figur 1. Electronic controller

For brukervennlighet, er SThM kontroll programmet integrert i hoved NT-MDT AFM programvare som en av kontakten modus metoder.

Grunnet høy følsomhet av systemet og den lave lyden av utgangsspenningen gir elektroniske styringen høyt signal oppløsning.

En ekstra fordel er at den kompakte størrelsen av elektronikk hardware forenkler oppsett og optimaliserer tiden involvert i skanning med høy oppløsning SThM bilder.

NT-MDT Scanning Thermal Mikroskopi (SThM) prober

Scanning Termisk Mikroskopi virkemåte med en AFM utnytter en spesialisert sonde med en motstand innebygd i cantilever (Figur 2)

Figur 2. Cantilever holder

Figur 3. AFM Hode

NT-MDT er SThM modulen tillater brukere å overvåke endringer i motstanden korrelert med temperaturen ved enden av sonden. Som et resultat, er systemet i stand til å overvåke relative endringer av prøve temperatur og varmeledningsevne.

Figur 4. SThM Probe Setup

NT-MDT sin termiske følere gi bedre enn 100 nm lateral oppløsning for både topografi og termiske bilder (figur 5).

Figur 5. Scanning Termisk Mikroskopi gjør det mulig å få bilder av <100 nm lateral oppløsning.
Eksempel: Optisk Fiber i Epoxy. (Venstre) topografi bildet, (Høyre) varmeledningsevne bilde. Scan size: 6 x 6 mikrometer.

Den spesialiserte SThM cantilever, laget av SiO ₂ med et tynt metall-lag, er avsatt på sonden på en slik måte at den høyeste motstand delen av laget er konsentrert nær tuppen apex.

Figur 6. SEM bilde av SThM Probe