Microscopia Térmica de Varredura (SThM) - O Termômetro e o Calefator de Nanoscale

Assuntos Cobertos

Introdução
Benefícios Principais de Fazer A Varredura a Microscopia Térmica (SThM)
Princípios da Tecnologia e de Funcionamento de Fazer A Varredura a Microscopia Térmica (SThM)
Tipos da Ponta De Prova
Aplicações Principais de Fazer A Varredura a Microscopia Térmica (SThM)
NT-MDT que Faz A Varredura do Equipamento Térmico da Microscopia (SThM)
     Controlador e Software
     NT-MDT que Faz A Varredura de Pontas De Prova Térmicas da Microscopia (SThM)

Introdução

A Microscopia Térmica de Varredura (SThM) é uma técnica avançada da Microscopia da Ponta De Prova da Exploração que seja útil para obter propriedades térmicas do nanoscale e imagens topográficas.

O equipamento Térmico de Varredura da Microscopia disponível de NT-MDT pode gravar e indicar a distribuição da temperatura e da condutibilidade térmica na superfície de uma amostra.

Benefícios Principais de Fazer A Varredura a Microscopia Térmica (SThM)

O benefício principal de Fazer A Varredura a Microscopia Térmica é que indica uma definição espacial mais alta do que a Microscopia, o Thermometry da Reflectância do Laser e o Thermometry Infravermelhos de Micro-Raman.

Princípios da Tecnologia e de Funcionamento de Fazer A Varredura a Microscopia Térmica (SThM)

O funcionamento de um Microscópio Térmico da Exploração é baseado em Técnicas Atômicas da Microscopia (AFM) da Força.

Quando a ponta atômica afiada do AFM é colocada na proximidade a uma amostra a ser estudada há uma inversão térmica que altere a temperatura da ponta. É então relativamente directa usar sinais da ponta criar o que é eficazmente um mapa térmico da superfície.

Nota: se você não pode ver os gráficos animados abaixo de você necessidade
transfira a versão a mais atrasada do
jogador instantâneo de Adobe.com

A inversão térmica ou o fluxo de calor são afectados por diversos factores; incluindo a temperatura da ponta, da pressão do contacto e das propriedades materiais inerentes da amostra tais como a Condutibilidade Térmica e a Capacidade de Calor Específico.

Embora o método de operação preferido seja através do sólido à condução directa do sólido, é possível que na presença da espécie aquosa que a condução ocorre dentro do menisco líquido na superfície da ponta que pode igualmente ser afectada pela condução do gás. Por este motivo o método de operação preferido é fazer a varredura de superfícies sob circunstâncias do vácuo.

Tipos da Ponta De Prova

Dois tipos de pontas de prova foram usados em Fazer A Varredura a Microscopia Térmica -

  • Tipo do Par Termoeléctrico - com este regime a temperatura é medida por uma junção de par termoeléctrico na ponta da ponta de prova. Tipicamente Alumel do Cromel, combinações de Au/Pd Au/Ni.
  • Tipo do Bolómetro - neste regime a temperatura da ponta de prova é monitorada pela resistência de um filme fino na ponta da ponta de prova. O resistor pode ser usado para aquecer a ponta de prova e para medir ao mesmo tempo a temperatura.

O sinal da ponta de prova do Bolómetro passa através de um circuito de readout da ponte de wheatstone que forneça uma fonte de energia fixa e meça a resistência da ponta de prova do bolómetro.

Usando este regime é possível usar a potência constante ou a temperatura constante. A vantagem da temperatura constante está a uma velocidade melhorada e reduziu dano da amostra.

O limite fundamental de definição é proporcional ao kT, onde k é a constante do boltzman e T está a uma temperatura. Na temperatura ambiente o kT é o ~ 10-21 J.

As edições de projecto chaves em relação às pontas de prova são o tamanho pequeno das pontas de prova microfabricated para alcançar um alto nível da definição espacial acoplado com bom isolamento térmico de uma massa térmica pequena da ponta de prova.

As temperaturas da Amostra são medidas tipicamente em estruturas activas do dispositivo tais como as cabeças de gravação magnética, os diodos láser ou os outros formulários de circuitos elétricos.

Inversamente, a condutibilidade térmica é medida mais tipicamente em amostras do composto. Em tal medida, mais tensão será aplicada à ponta de prova que aumenta a mais acima da temperatura ambiente. A condutibilidade térmica da amostra afectará a temperatura da ponta de prova drenando mais ou menos calor longe da ponta e da condutibilidade térmica pode desse modo ser calculado.

Aplicações Principais de Fazer A Varredura a Microscopia Térmica (SThM)

Alguns dos pedidos principais para SthM são para o defeito e a detecção do hot spot nos semicondutores, na metrologia do fotoresistente e na detecção de características da superfície do sub que não podem ser observadas pelo AFM.

Os parâmetros materiais Típicos que podem ser observados incluem a caracterização termodinâmica de propriedades materiais tais como a condutibilidade, a capacidade de calor específico, e as temperaturas de transição de vidro.

A tecnologia é igualmente da importância particular aos compostos farmacêuticos e para a análise das biomoléculas.

NT-MDT que Faz A Varredura do Equipamento Térmico da Microscopia (SThM)

Controlador e Software

O hardware de sistema de SThM inclui um controlador eletrônico, software, e sonda-o.

O controlador Térmico da Microscopia da Exploração (Figura 1) é conectado à eletrônica Atômica principal do Microscópio da Força através de um soquete padrão da extensão. O sistema é ajustado facilmente através de uma relação de software de fácil utilização.

Figura 1. controlador Eletrônico

Para a acessibilidade, o programa de controle de SThM é integrado no software principal de NT-MDT AFM como um dos métodos do modo de contacto.

Devido à sensibilidade alta do sistema e ao de baixo nível de ruído da tensão da saída, o controlador eletrônico fornece a definição alta do sinal.

Uma vantagem adicional é que o tamanho compacto do hardware da eletrônica simplifica a instalação e aperfeiçoa o tempo envolvido em fazer a varredura imagens de alta resolução de SThM.

NT-MDT que Faz A Varredura de Pontas De Prova Térmicas da Microscopia (SThM)

O modo Térmico de Varredura da Microscopia de operação com um AFM utiliza uma ponta de prova especializada com um resistor construído no modilhão (Figura 2)

Figura 2. suporte do Modilhão

Figura 3. Cabeça do AFM

O módulo do SThM de NT-MDT permite que os usuários monitorem as mudanças na resistência correlacionada com a temperatura na extremidade da ponta de prova. Em conseqüência, o sistema pode monitorar mudanças relativas da temperatura da amostra e da condutibilidade térmica.

Figura 4. Instalação da Ponta De Prova de SThM

As pontas de prova térmicas de NT-MDT fornecem a definição lateral melhor de 100 nanômetro para a topografia e imagens térmicas (Figura 5).

A Figura 5. Microscopia Térmica de Varredura permite que uma obtenha imagens da definição da lateral de <100 nanômetro.
Amostra: Fibra Óptica na Cola Epoxy. Imagem (Deixada) da topografia; Imagem (Direita) da condutibilidade térmica. Tamanho da Varredura: µm 6 x 6.

O modilhão especializado de SThM, feito de SiO2 com uma camada fina do metal, é depositado na ponta de prova de tal maneira que a parcela a mais alta da resistência da camada é concentrada perto do vértice da ponta.

Figura 6. imagem de SEM da Ponta De Prova de SThM

por NT-MDT, AZoNano.com

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

Last Update: 14. June 2013 01:48

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit