Name: Hochauflösende Thermal Micro-Bildgebung Europiumchelatlösung Lumineszente Coatings (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 1 s
Description: Erfahren Sie eine Mikroskopietechnik zur Messung der Selbsterwärmung in mikroelektronischen Bauelementen bei kryogenen Temperaturen mit EuTFC-Beschichtung. Diese Methode ermöglicht direkte Temperaturmessungen mit einer räumlichen Auflösung von etwa einem Mikrometer.

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Die Arbeit am Argonne National Laboratory wurde vom Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, unter der Vertragsnummer finanziert. DE-AC02-06CH11357, das auch das Center for Nanoscale Materials (CNM) der Argonne finanziert, in dem die Strukturierung des BSCCO-Mesa durchgeführt wurde. Wir danken R. Divan und L. Ocola für ihre Hilfe bei der Musterherstellung.

1. Herstellung der Probe für Beschichtungs HINWEIS: Wenn möglich, nehmen Sie die gesamte organische Verunreinigung von der Oberfläche der Probe thermisch bebildert werden. Eine solche Verunreinigung kann mit der abgeschiedenen EuTFC Film reagieren und verändern ihre lumineszenten Reaktion, wodurch positionsabhängige Artefakte in den resultierenden Wärmebilder. Dies ist von besonderer Bedeutung bei Proben mit Au Oberflächenelektroden, die organischen Verunreinigungen aus der Atmosphäre zu gewinnen neigen. Entfernen Sie alle Partikel oder Staub auf der Probenoberfläche zur gleichen Zeit sitzen, da diese auch in Artefakten führen kann. Die Autoren empfehlen folgende Vorgehensweise: <ol><li> Stellen Strom- und Spannungsanschlüsse zu den Vorrichtungen auf der Probe , wie beispielsweise supraleitende Brücken oder resistive Vorrichtungen ( zum Beispiel Drahtbonden, lackierte-on - Verbindungen unter Verwendung von leitfähigen Epoxy, etc.) , bevor sie in Vorbereitung für die Dünnfilmbeschichtung Reinigung, da diese Schritt Kontamination einführen which sollte vor der Beschichtung entfernt werden. Verwenden Sie Au-Drähte, wenn möglich, da dies es um die Probe zu dem Kryostaten erleichtern zu verbinden, nachdem der Film aufgebracht wurde. (Siehe 4.6 unten Schritt.) </li><li> Reinigen der Probe in 100% Aceton in einem Ultraschallbad für 15 s. </li><li> Ohne dass die Probe trocken, sauber in 100% igem Isopropylalkohol in einem Ultraschallbad für 5 s. </li><li> Brennen Sie die Probe trocken mit einem Stickstoffpistole. </li><li> Wenn möglich, reinigen alle verbleibenden organischen Rückstände aus der Probenoberfläche unter Verwendung von Sauerstoffplasma-Veraschungs. Um dies zu tun, Plasmaleistung von 100 W, O 2 Durchflussrate von 22 cm 3 / s, und Gasdruck von 160 mTorr für 60 s verwendet werden . Um eine erneute Kontamination der Probe zu vermeiden, deponieren die EuTFC Beschichtung so schnell wie möglich nach diesem Schritt. </li></ol> 2. Herstellung von Beschichtungssystem für EuTFC Deposition <ol><li> Verwenden Quelle eine Sublimation eines speziell gebauten Boot aus 20 x 10 x 10 mm 3 in der Größe (lxwxh) aus stainless Stahlfolie, eine Spule 10 aus Manganin-Widerstandsdraht umschließt, für einen Betrieb bei etwa 100 bis 200 ° C. Löse irgendwelche aufgeschmolzen-Reste von EuTFC aus dem Boot durch Einweichen in Aceton, da diese sich nachteilig auf die Eigenschaften des neuen Films beeinflussen. </li><li> Spülen Sie das Boot in Isopropylalkohol. </li><li> Lassen Sie das Boot vollständig an der Luft trocknen, bevor fortgefahren EuTFC hinein zu laden. </li><li> Schützen EuTFC Pulver aus Wasserdampf und Licht, während sie gespeichert wird. Gründlich mahlen EuTFC Pulver mit einem Achatmörser zerstoßen sichtbare Klumpen zu entfernen. HINWEIS: Auch wenn das Pulver aus Wasserdampf geschützt ist, kann sie in große Klumpen von 100 Mikron Durchmesser kristallisieren noch oder mehr. Diese müssen entfernt werden, da sie in einer grob ungleichmäßigen Film führt, wenn sublimiert, was zu Artefakten in den Wärmebildern. </li><li> Installieren des Probenhalters und Sublimation Quelle in der Vakuumbeschichtungsanlage, so dass die Probe etwa 10 mm direkt über dem Source-Boot sitzt(Geeignet orientierte Kristalldickensensor die Abscheidungsrate zu überwachen). Verbinden der Quelle Bootsheizung führt zu ihren zugeordneten Vakuumdurchführungen. </li><li> Füllen Sie das Boot Quelle etwa 2/3 voll mit etwa 0,2 g gemahlenem EuTFC Pulver. </li><li> Montieren der Probe upside-down direkt über dem Source-Boot (um sicherzustellen, Gleichförmigkeit des abgeschiedenen Films), vorzugsweise unter Verwendung von doppelseitigem Klebeband oder Klebepunkten, anstatt Vakuumfett, die den Film verunreinigen können. </li><li> Zur Minimierung der Exposition der Probenoberfläche und das EuTFC Pulvers in die Atmosphäre (insbesondere Wasserdampf) beginnt Evakuieren der Abscheidungskammer so schnell wie möglich eine Rotationspumpe verwendet wird. </li></ol> 3. Die Abscheidung von EuTFC Dünnschicht durch Thermosublimation <ol><li> Die Pumpe der Abscheidungskammer auf 3 x 10 -5 mbar oder weniger, vorzugsweise eine Turbomolekularpumpe. </li><li> Programm des Kristalldickenmonitor für eine Filmdichte von 1,50 g / cm 3 zu lesen. </li><li> Bewerben 0,5 W Leistung mit der Source-Boot-Heizung, um sanft die Quelle zu erwärmen, bis die EuTFC zu sublimieren beginnt. Es dauert 2 bis 3 Minuten für den Dickenmonitor eine nennenswerte Abscheidungsrate zu beginnen, zu lesen. </li><li> Passen die Heizleistung einer Abscheidungsrate von 6 zu halten - 7 nm / Minute. Machen Sie nur kleine, langsame Anpassungen, wie die Abscheidungsrate dauert in der Regel 1 bis 2 Minuten, um Änderungen in der Eingangsleistung zu reagieren. HINWEIS: Boot Temperaturen, die ausreichen, um mehr als 10 nm / Minute in dieser Konfiguration ablagern können bewirken, dass das Pulver in dem Boot schmelzen, drastisch ihre Oberfläche und damit die Sublimationsrate reduzieren. Noch wichtiger ist, kann eine übermäßige Boot Temperaturen chemisch die EuTFC verändern und somit stark die thermische Empfindlichkeit der Lumineszenz reduzieren. </li><li> Nach ca. 200 nm von der Filmabscheidung (durch den Dicken Monitor lesen), das Gerät mit der Quelle ab. (± 20 nm ist hier akzeptabel, obwohl Dicken deutlich außerhalb dieses Bereichs in den unteren führenFilmempfindlichkeit). </li><li> Nachdem der Messwert auf dem Dickenmonitor Null erreicht, Entlüftungsöffnung die Kammer mit trockenem Stickstoffgas. die Probe von Licht und Wasserdampf so schnell wie möglich durch die Lagerung in einem lichtdichten Behälter in einem Vakuumexsikkator Nach dem Entfernen schützen. Hinweis: das wird jeweils Bleichen und chemischen Abbau des EuTFC dünnen Films verhindern. </li></ol> 4. Installation der Probe in Mess Kryostat <ol><li> Platzieren einen Klecks Vakuumfett auf dem Mittel Kryostaten Probentisch etwa 1-2 mm im Durchmesser. Verwenden eine Probenstufe mit einem Kupferkühlfinger mit einer kreisförmigen oberen Oberfläche, die 15 mm im Durchmesser. Hinweis: Dies ist eine ausreichende Größe starken thermischen Kontakt zwischen der Bühne und der Probe zu gewährleisten, wenn die Probe flach nach unten gedrückt wird oben drauf. </li><li> Wenn das Probensubstrat elektrisch leitend ist, isoliert sie von der Stufe durch ein 10 Mikron Blatt Mylar auf der Oberseite des Fettes platzieren und eine zweite Größe ähnlichd blob auf dem Mylar. HINWEIS: Die Autoren stellen fest, dass es besser ist , Schmierfett zu verwenden , mit vergleichsweise hohen Viskosität ( zum Beispiel auf Silikon basierendes Hochvakuumfett) als spezialisierte wärmeabführenden Verbindungen, da diese typischerweise niedrigviskosen Komponenten enthalten , die auf die obere Oberfläche fließen können , die Probe und verunreinigt seine EuTFC Beschichtung. </li><li> Drücken Sie die Probe nach unten auf der Oberseite des Fetts Pinzette Kraft aufzubringen, um zwei diagonal gegenüberliegende Ecken gleichzeitig, und dann klemmt anstelle zumindest zwei Ecken, unter Verwendung von Messingschrauben und BeCu klemmt. HINWEIS: Wenn die Probe nicht fest in Position gehalten wird, dann kann es mit dem Mikroskop deutlich relative Drift, wenn der Strom an sie angelegt wird, zu analysieren, um die resultierenden Bilder schwierig macht. </li><li> Nehmen Sie die erforderlichen elektrischen Anschlüsse wie Strom und Spannung führt von der Probe zu dem Kryostaten Verdrahtung, dabei nicht Verschmutzung (zB Tröpfchen Lötflußmittel) zu ermöglichen , sich auf dem E zu landenuTFC Film. HINWEIS: Tun Sie dies, indem nur die kleinste Menge an Flussmittel, die den Job tun, und vorzugsweise vermeiden, mit Flussmittel überhaupt für diesen Schritt. Flux sollte nicht notwendig sein, wenn Au-Drähte für die Verbindungen zu der Probe verwendet werden. </li><li> Montieren der Probe Kryostaten auf seinem xyz-Translationstisch unter dem Mikroskop, installieren sein Hitzeschild und optische Fenster und evakuieren seinen Probenraum mit einer Turbomolekularpumpe. </li><li> Deckt das optische Fenster des Kryostaten mit einem Stück Aluminiumfolie (oder ähnlich) Bleichen des EuTFC von Umgebungslicht in dem Raum zu verhindern. Achten Sie darauf, nicht die Mikroskoplinse zu beschädigen oder verunreinigen, wenn dies zu tun. </li><li> Kühlen Sie die Kryostaten auf die Badtemperatur von Interesse. Für die Proben, die in diesem Dokument beschrieben wird, ist dies in der Regel zwischen 5 K und 100 K. HINWEIS: Nicht in dem Probentisch zwischen 125 K und 175 K, da in diesem Bereich bei Temperaturen des schließlich EuTFC Film für längere Zeit sitzen kristallisiert inzu einem Zustand mit inhomogener polygranular Lumineszenzeigenschaften, die auch im Laufe der Zeit driften können. Kühlung durch diesen Temperaturbereich bei 2 K / min oder schneller wird dafür sorgen, dass dieses Problem nicht auftritt. Wenn die Kryostat versehentlich zu lange in diesem Temperaturbereich verlassen wird, kann der EuTFC Film reproduzierbar sein ‚Reset‘ durch einfaches Erwärmen des Kryostaten auf mindestens 190 K für 5 Minuten. </li></ol> 5. Sammlung von Wärmebilddaten <ol><li> Installieren eines Kurzpassfilter mit 500 nm Abschneidewellenlänge in der Beleuchtungsoptik Pfad. </li><li> Installieren eines Bandpassfilter mit Durchlassbandmittenwellenlänge = 610 nm, und FWHM = 10 nm, in der Sammeloptik Pfad. HINWEIS: Ein schmaler Durchlassbereich hier vorteilhaft ist, da es Sammlung von Hintergrundlicht, das zum Rauschen beiträgt minimiert, aber nicht auf das Signal. Die Filter müssen auch spektrale Übersprechen zwischen ihnen zu minimieren gewählt werden. </li><li> Lassen Sie die Lichtquelle, um sich aufzuwärmen und zu stabilisieren, bei its stationäre Betriebstemperatur und damit die Kamera auf seine Gleichgewichtsbetriebstemperatur abkühlen. Dies sollte etwa 30 Minuten in beiden Fällen nehmen. </li><li> Bei allen optischen Filtern an Ort und Stelle (da die Fokusposition ist wellenlängenabhängig) beleuchten die Probe und auszurichten, und das Mikroskop in die Region von Interesse konzentrieren. HINWEIS: Wenn die Probe nicht abgebildet wird, verwenden, um einen Verschluß oder ein ähnlichen unnötige Beleuchtung der Probe und Bleichen der resultierenden EuTFC Folie zu vermeiden. </li><li> Sammelt ein Referenzbild mit Nullstrom an die Probe angelegt. Wenn jedes Bild zu sammeln, eine Korrektur für dunkle Zählungen machen, die stark von Pixel zu Pixel variieren kann, sowie eine signifikante den wahren Bild zählt von dem Leuchtsignalversatz ergibt. HINWEIS: Die Belichtungsbedingungen verwendet wird von den Anforderungen des Experiments ab (siehe Diskussion), aber es ist wichtig, die Belichtungsbedingungen, so dass das Bild enthält keine gesättigten Pixel zu wählen. DasReferenzbild benötigt wird, da die gesammelte Lumineszenzintensität typischerweise stark variiert auf der Oberfläche Reflektivität der Probe abhängig, auch wenn seine Temperatur ist völlig einheitlich. </li><li> Anwenden elektrische Vorspannung an die Probe, sammeln, ein Bild unter den gleichen Belichtungsbedingungen wie die Referenz und Berechnen des Intensitätsverhältnisses von diesen. HINWEIS: Die Höhe der elektrischen Vorspannung erforderlich ist, hängt stark von der Kombination aus Gerät und Selbsterwärmungsverhalten, die untersucht werden. Die hier vorgestellten Beispiele führen in der Regel von der Probe Vorströme in der Größenordnung von mehreren zehn mA, in wenigen Volt Vorspannung über die Vorrichtung führt. HINWEIS: Wenn die Probe signifikant relativ zu dem Referenzbild bewegt hat, dann sollten die Pixeldaten verschoben werden, zu kompensieren. (Jedoch, abhängig von der Leistung der Kamera kann diese Verschiebung einzuführen Rauschen von Pixel-zu-Pixel-Variationen in ihrer Empfindlichkeit gegenüber Licht, weshalb die Bewegung der Probe, wenn überhaupt po minimiert werden solllich.) Wenn ein hohe absolute Genauigkeit bei der Temperaturmessung erforderlich ist, kann kleiner Drifts in der Lampenintensität für das Bild-zu-Referenz durch Normalisieren Verhältnis korrigiert werden , um 1 in einem geeigneten Bereich der Probe (dh. eine , die ausreichend weit ist , von der selbstbeheizten Gerät davon unberührt zu sein wie). </li><li> Wiederholen Sie Schritt 5.6 für alle Bias-Bedingungen von Interesse, während die Temperatur des Bades konstant zu halten. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 5.4 bis zu 5,7 für alle Badetemperaturen von Interesse. HINWEIS: Je nach dem Kryostaten, muß die Probe neu ausgerichtet und bei jeder neuen Badtemperatur neu ausgerichtet werden. </li></ol> 6. Kalibrierung der Ergebnisse <ol><li> Sammelt angelegte Nullstrom-Referenzbilder ausreichen, um den gesamten Temperaturbereich von Interesse abzudecken. 3 bis 4 Bilder bei jeder Temperatur genügen Reproduzierbarkeit herzustellen, während der 20 K Abstand genügend Datenpunkte gibt eine genaue Eichkurve zu erzeugen. (Siehe Abbildung 1b &lt;/ Strong&gt;.) </li><li> Aus dieser Kurve wandelt die normalisierte Intensität Bilder in Temperaturkarten. Während die absolute Leuchtintensität stark von den lokalen Oberflächenreflexionsvermögen der Probe abhängt, ist sein normalisierte Verhalten in Bezug auf Temperatur, die durch diesen nur sehr schwach betroffen. </li></ol> 7. Probenlagerung und Film Re-use <ol><li> Wie immer hält den Film vor dem Ausbleichen durch Umgebungslicht geschützt. HINWEIS: Bei Bedarf kann die EuTFC Beschichtung auf einer Probe wiederholte thermische Zyklen widerstehen, und seine Eigenschaften werden über einen Zeitraum von 2-3 Wochen stabil bleiben, wenn im Hochvakuum gehalten. HINWEIS: Selbst wenn jedoch im Hochvakuum bei Raumtemperatur gelagert, wird der Film über 2-3 Monate verschlechtern. (Entfärbung und Aufrauen der Folie können leicht unter einem optischen Mikroskop betrachtet werden.) Wenn diese auf einem Probe auftreten, die zusätzlichen Wärmebilder erfordert, dann reinigen, um den Film aus und ersetzt es gemäß den Schritten 1 bis 3 ist. </li></ol>

<ol><li>Ridley, B. K. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0370-1328/82/6/315/meta">Specific Negative Resistance in Solids.</a> Proc. Phys. Soc. 82, 954-966 (1963).</li>
<li>Lueder, H., Spenke, E. Über den Einfluß der Wärmeableitung auf das elektrische Verhalten von temperaturabhängigen Widerständen. Physikalische Zeitschrift. 36, 767-773 (1935).</li>
<li>Haugen, O., et al. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/4278125/">High Resolution Thermal Imaging of Hotspots in Superconducting Films.</a> IEEE Trans. Appl. Supercond. 17, 3215-3218 (2007).</li>
<li>Niratisairak, S., Haugen, O., Johansen, T. H., Ishibashi, T. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/257331697_Observation_of_hotspot_in_BSCCO_thin_film_structure_by_fluorescent_thermal_imaging">Observation of hotspot in BSCCO thin film structure by fluorescent thermal imaging.</a> Physica C. 468, 442(2008).</li>
<li>Wang, H. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hot+Spots+and+Waves+in+Bi2Sr2CaCu2O8+Intrinsic+Josephson+Junction+Stacks%3A+A+Study+by+Low+Temperature+Scanning+Laser+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Hot Spots and Waves in Bi2Sr2CaCu2O8 Intrinsic Josephson Junction Stacks: A Study by Low Temperature Scanning Laser Microscopy.</a> Phys. Rev. Lett. 102, 017006(2009).</li>
<li>Wang, H. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coherent+Terahertz+Emission+of+Intrinsic+Josephson+Junction+Stacks+in+the+Hot+Spot+Regime%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Coherent Terahertz Emission of Intrinsic Josephson Junction Stacks in the Hot Spot Regime.</a> Phys. Rev. Lett. 105, 057002(2010).</li>
<li>Minami, H., et al. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/prb/pdf/10.1103/PhysRevB.89.054503">Local SiC photoluminescence evidence of hot spot formation and sub-THz coherent emission from a rectangular Bi2Sr2CaCu2O8+δ mesa.</a> Phys. Rev. B. 89, 054503(2014).</li>
<li>Watanabe, C., Minami, H., Yamamoto, T., Kashiwagi, T., Klemm, R. A., Kadowaki, K. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24713543">Spectral investigation of hot spot and cavity resonance effects on the terahertz radiation from high-Tc superconducting Bi2Sr2CaCu2O8+δ mesas.</a> J. Phys. Condens. Matter. 26 (17), 172201(2014).</li>
<li>Tsujimoto, M., Kambara, H., Maeda, Y., Yoshioka, Y., Nakagawa, Y., Kakeya, I. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/267630240_Dynamic_Control_of_Temperature_Distributions_in_Stacks_of_Intrinsic_Josephson_Junctions_in_Bi_2_Sr_2_CaCu_2_O_8_d_for_Intense_Terahertz_Radiation">Dynamic Control of Temperature Distributions in Stacks of Intrinsic Josephson Junctions in Bi2Sr2CaCu2O8+δ for Intense Terahertz Radiation.</a> Phys. Rev. Applied. 2, 044016(2014).</li>
<li>Benseman, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4795591">Direct imaging of hot spots in Bi2Sr2CaCu2O8+δ mesa terahertz sources.</a> J. Appl. Phys. 113, 133902(2013).</li>
<li>Benseman, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.3.044017">Current filamentation in large Bi2Sr2CaCu2O8+δ mesa devices observed via luminescent and scanning laser thermal microscopy.</a> Phys. Rev. Applied. 3, 044017(2015).</li>
<li>Koshelev, A. E., Bulaevskii, L. N. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.77.014530">Resonant electromagnetic emission from intrinsic Josephson-junction stacks with laterally modulated Josephson critical current.</a> Phys. Rev. B. 77, 014530(2008).</li>
<li>Koshelev, A. E. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.78.174509">Alternating dynamic state self-generated by internal resonance in stacks of intrinsic Josephson junctions.</a> Phys. Rev. B. 78, 174509(2008).</li>
<li>Kolodner, P., Tyson, J. A. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.93258">Microscopic fluorescent imaging of surface temperature profiles with 0.01°C resolution.</a> Appl. Phys. Lett. 40, 782-784 (1982).</li>
<li>Kolodner, P., Tyson, J. A. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.93766">Remote thermal imaging with 0.7-µm spatial resolution using temperature-dependent fluorescent thin films.</a> Appl. Phys. Lett. 42, 117-119 (1983).</li>
<li>Hampel, G. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.117790">High power failure of superconducting microwave filters: Investigation by means of thermal imaging.</a> Appl. Phys. Lett. 69, 571-573 (1996).</li>
<li>Hadjichristov, G. B., Stanimirov, S. S., Stefanov, I. L., Petkov, I. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+luminescence+response+of+diamine-liganded+europium+complexes+upon+resonant+and+pre-resonant+excitation%5BTitle%5D)+AND+%22Spectrochimica+Acta+A%22%5BJournal%5D)">The luminescence response of diamine-liganded europium complexes upon resonant and pre-resonant excitation.</a> Spectrochimica Acta A. 69, 443-448 (2008).</li>
<li>Mayer, B., Doderer, T., Huebener, R. P., Ustinov, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+of+one-+and+two-dimensional+Fiske+modes+in+Josephson+tunnel+junctions%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Imaging of one- and two-dimensional Fiske modes in Josephson tunnel junctions.</a> Phys. Rev. B. 44, 12463-12473 (1991).</li>
<li>, Hamamatsu. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://hamamatsu.magnet.fsu.edu/articles/ccdsnr.html">http://hamamatsu.magnet.fsu.edu/articles/ccdsnr.html</a> (2016).</li>
<li>Niedernostheide, F. J., Kerner, B. S., Purwins, H. -G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spontaneous+appearance+of+rocking+localized+current+filaments+in+a+nonequilibrium+distributive+system%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Spontaneous appearance of rocking localized current filaments in a nonequilibrium distributive system.</a> Phys. Rev. B. 46, 7559(1992).</li>
<li>Kustov, M., Grechishkin, R., Gusev, M., Gasanov, O., McCord, J. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26198287">Thermal Imaging: A Novel Scheme of Thermographic Microimaging Using Pyro-Magneto-Optical Indicator Films.</a> Advanced Materials. 27, 4950(2015).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Wie unsere Ergebnisse zeigen, liefert Wärmebilder von Mikro die Technik in diesem Artikel beschrieben wird, hochauflösende mit guter Empfindlichkeit und nur einfache optische Mikroskopie Ausrüstung. Die Vorteile dieser Technik in Bezug auf alternative Verfahren (die im Folgenden erörtert werden) werden bei ca. 250 K am stärksten und unten, was bedeutet, dass seine wichtigsten Anwendungen sind die Eigenerwärmung von Vorrichtungen für die Untersuchung, die bei kryogenen Badtemperaturen betreiben soll. Dazu gehören suprale...

Viele elektronische Geräte unterziehen starke Eigenerwärmung, wenn sie elektrisch in ihre normalen Betriebsbedingungen vorgespannt ist. Dies ist in der Regel durch eine Kombination von niedriger Wärmeleitfähigkeit (wie beispielsweise in Halbleitern) und eine hohe Verlustleistung Dichte. Weiterhin ist in Vorrichtungen mit einem halbleitenden artigen elektrischen Widerstand (dh mit ∂ρ / ∂ T &lt;0) Es ist seit langem bekannt, dass es die Möglichkeit eines lokalisierten thermischer Runaway unter bestimmten Vorspannungsbedingungen 1, 2 existiert, bei dem der Vorstrom fließt typischerweise auf einer Skala von Mikrometern nicht gleichmäßig durch das Gerät, sondern in schmalen Fäden, die mit stark lokalisierten Selbsterwärmung zugeordnet sind,. solcher selbstheize Physik Verständnis kann in einigen Fällen wesentlich sein Bedeutung für die Optimierung der Konstruktion von einem bestimmten Gerät, dass Techniken für die Bildgebung Temperatur auf micron Skalensehr hilfreich. Es hat sich aus zwei Bereichen Technologieentwicklung ein neues Wiederaufleben des Interesses an solchen Techniken gewesen. Der erste von diesen ist für die Bildgebung Quench - Verfahren in Hochtemperatur - supraleitenden Bänder in dem thermische Mikro-imaging Nukleation ermöglicht Seiten quenchen bis 3 identifiziert und untersucht werden, 4. Die zweite Anwendung ist für das Verständnis der Eigenerwärmung in gestapelter intrinsischen Josephsonübergang Terahertz - Quellen, die aus Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 hergestellt sind. Diese haben die Kombination von niedriger Wärmeleitfähigkeit und Halbleiterartige elektrischer Leitfähigkeit entlang der entsprechenden Richtung des Stromflusses (dh ihrer kristallinen c -Achse) wie oben beschrieben. Nicht nur , dass sie 5, experimentell komplexes inhomogenen Selbsterwärmungsverhalten zeigen , 6, 7, 8 </sup&gt;, 9, 10, 11 es theoretisch vorhergesagt worden ist , dass diese für 12 THz Leistungsemission von Vorteil sein kann, 13. Eine Anzahl von Techniken existiert, um die Temperatur einer Probe auf mikroskopischen Längenskalen für die Bildgebung. Die Thermolumineszenz hier beschriebene Technik wurde ursprünglich für die Halbleitervorrichtungen in der Nähe von Raumtemperatur 14, 15 eingesetzt wird , 16 , aber hat in jüngster Zeit bei kryogenen Badtemperaturen zu den supraleitenden Bändern und THz Quellen über 3, 4, 11 10, beschrieben , angewandt wurde. Verbesserungen in der Auflösung und die Signal-Rausch-Leistung von CCD-Kameras haben beträchtliche Leistung aktiviertVerbesserungen in dieser Technik in den letzten Jahrzehnten. Das Eu-Koordinationskomplex Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) eine optische lumineszenz, die stark temperaturabhängig ist. Die organischen Liganden in diesem Komplex absorbieren effektiv UV-Licht in einem breiten Band um 345 nm. Die Energie wird durch Strahlung weniger über intramolekulare Erregungen an den Ionen Eu 3+ übertragen, die den Komplex in seinen Grundzustand durch die Emission eines Photons Lumineszenz bei 612 nm liefert. Die starke Temperaturabhängigkeit ergibt sich aus dem Energieübertragungsprozess 17 macht für einen empfindlichen Wärmesonde eines Objekts mit diesem Material beschichtet. Wenn die Beschichtung mit einer nahen Ultraviolettquelle angeregt wird - wie beispielsweise eine Hg-Lampe Kurzbogen - Regionen mit niedrigerer Lumineszenzintensität entsprechen höhere lokale Temperatur. Die resultierenden Bilder werden in räumlichen Auflösung durch die Auflösung der Mikroskopoptik und die Wellenlänge des LUM begrenztinescence (in der Praxis auf etwa 1 Mikrometer). In Abhängigkeit von dem Signal-Rausch-Verhältnis erforderlich ist , wird Zeitauflösung nur 15 begrenzt durch die Verschlusszeit der Kamera, und grundsätzlich durch die Abklingzeit der Lumineszenz (nicht mehr als 500 &amp; mgr; s). Diese Eigenschaften machen die Technik eine sehr schnelle Sonde der Gerätetemperatur, die direkten Temperaturmessungen liefert, mit vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Geräten. Variationen dieser Technik , die in der Vergangenheit von anderen Gruppen publiziert haben , geringe Konzentrationen von Eu-Chelate gelöst in Polymerfolien verwendet und durch Schleuderbeschichtung auf die Probenoberfläche 3, 4. Dies führt zu einer Beschichtung, die gleichförmigen hoch lokal ist, die aber hat erhebliche Dickenunterschiede bei den Schritten in der Probentopographie - wie häufig auftritt in Mikroeinrichtungen - was zu starken räumlichen Variationen in der lumineszenten Reaktion which kann Artefakte in den Bildern geben. Die Technik Variante, die wir hier beschäftigt im Vakuum Wärmesublimations beschreiben. Nicht nur, dass dies vermeiden, das makroskopische Variationsproblem Filmdicke, aber die höhere EuTFC Konzentration pro Flächeneinheit erreicht verbessert die Empfindlichkeit und reduziert die Bildaufnahmezeit. Eine verwandte Technik verwendet eine Beschichtung aus SiC auf der Oberfläche Granulat anstelle des EuTFC 7, 8, 9. SiC bietet Temperaturempfindlichkeit vergleichbar mit den EuTFC Beschichtungen hier beschrieben, aber die Größe der Körner begrenzt die Glätte und die Auflösung der resultierenden Bilder. Mehrere andere Techniken existieren, die verschiedene Kombinationen von Vor- und Nachteile bieten. Direkte Infrarot-Abbildungs ​​von Schwarzkörperstrahlung von der Probe einfach sind und die räumliche Auflösung von wenigen Mikrometern, aber sind nur dann wirksam, wenn die Probe signifikant istly über Raumtemperatur. Rastersondenmikroskopie thermischen Techniken (wie Rastermikroskopie Thermoelement oder Kelvin-Sonden-Mikroskopie) bieten eine hervorragende Empfindlichkeit und räumliche Auflösung, aber langsame Bildaufnahmezeiten haben, notwendigerweise durch die Abtastgeschwindigkeit der Spitze begrenzt, sowie erfordern sehr komplexe Ausrüstung. Scanning - Laser oder Abtastelektronenstrahl thermische Mikroskopie misst die Spannungsstörung , wenn ein modulierter Strahl über die Oberfläche einer stromvorgespannte Vorrichtung 6 gerastert wird, 7, 18. Dies bietet eine hervorragende Empfindlichkeit und ist etwas schneller als Sondentechniken Scannen, aber noch einmal erfordert hochkomplexe Anlagen, und gibt auch eine indirekte, qualitative Karte der Probentemperatur.

<table><tbody><tr><td>Europium thenoyltrifluoracetonat Pulver</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>176494-1G</td><td>Auch bekannt als Europium tris[3-(trifluormethylhydroxymethylen)-(+)-campholat]</td></tr><tr><td>Quecksilber-Kurzbogenlampe mit flexiblem Lichtleiter</td><td>Lumen Dynamics</td><td>X-Cite Exacte</td><td>Lichtquelle mit interner Blende und Fotosensor für die Rückmeldung der Ausgangsintensität.</td></tr><tr><td>Peltier-gekühlte CCD-Kamera</td><td>Princeton Instruments</td><td>PIXIS 1024</td><td>1.024 x 1.024 Pixel, 16-Bit-Auflösung</td></tr><tr><td>610 nm Bandpassfilter</td><td>Edmund Optics</td><td>65-164</td><td>Durchlassband mit CWL 610&nbsp; nm, FWHM 10 nm</td></tr><tr><td>500 nm Kurzpassfilter</td><td>Edmund Optics</td><td>84-706</td><td>OD4 im Stopband</td></tr><tr><td>Heliumfluss-Kryostat mit optischem Fenster</td><td>Oxford Instruments</td><td>MicrostatHe2</td><td></td></tr><tr><td>Hochvakuumfett</td><td>Dow Corning</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Digital Stromquelle</td><td>Keithley</td><td>Modell 2400</td><td>Computersteuerbare Strom- und Spannungsquelle</td></tr><tr><td>Digital Voltmeter</td><td>Hewlett-Packard&nbsp;</td><td>Modell 34420A</td><td>Digitales Nanovoltmeter jetzt auch als Agilent Modell 34420A erhältlich</td></tr></tbody></table>

hochauflösende thermal micro-bildgebung europiumchelatlösung lumineszente coatings

High-resolution Thermal Micro-imaging Using Europium Chelate Luminescent Coatings

Mikro-elektronische Geräte durchlaufen oft erhebliche Eigenerwärmung, wenn sie ihre typischen Betriebsbedingungen vorgespannt ist. Dieses Papier beschreibt eine günstige optische Mikro-Bildgebungstechnik, die verwendet werden können, um Karte und ein solches Verhalten zu quantifizieren. Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) eine 612 nm Lumineszenz Linieneffizienz deren Aktivierung sinkt stark mit steigender Temperatur aufgrund der -abhängiges Wechselwirkungen zwischen dem Eu 3+ -Ion und der organischen chelatbildenden Verbindung T. Dieses Material leicht durch thermische Sublimation zu einer Probenoberfläche im Vakuum beschichtet werden kann. Wenn die Beschichtung erregt werden mit ultraviolettem Licht (337 nm), ein optisches Mikrobild der 612 nm lumineszente Reaktion kann direkt in eine Karte von der Probenoberfläche Temperatur umgewandelt werden. Diese Technik bietet die räumliche Auflösung nur durch die Mikroskopoptik (etwa 1 Mikrometer) und Zeitauflösung begrenzt eingesetzt durch die Geschwindigkeit der Kamera. Es bietet die zusätzlichen Vorteile von nurerfordern vergleichsweise einfache und nicht-spezialisierte Ausrüstung und eine quantitative Sonde der Probentemperatur zu geben.

Ein Beispiel für eine typische Messkonfiguration für dieses Experiment bei kryogenen Badtemperaturen leitend ist in 1a gezeigt ist , während eine typische Kurve von 612 nm lumineszenten Reaktionsintensität gegenüber der Temperatur ist in Abbildung 1 b dargestellt. Abbildung 2 zeigt ein Beispiel eines typischen Wärmebildes von Eigenerwärmung in einer Bi 2 Sr 2</...

Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) eine optische lumineszenz Linie bei 612 nm, deren Aktivierungseffizienz sinkt stark mit der Temperatur. Wenn eine mit einem dünnen Film aus diesem Material beschichtete Probe Mikro abgebildet ist, kann die 612 nm lumineszenten Reaktionsintensität in eine direkte Karte von Probenoberflächentemperatur umgewandelt werden.

Hochauflösende Thermal Micro-Bildgebung Europiumchelatlösung Lumineszente Coatings

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient ...

Das übergeordnete Ziel dieser Mikroskopietechnik ist es, die Selbsterhitzung in mikroelektronischen Geräten zu messen, die bei kryogenen Basistemperaturen arbeiten. Diese Methode kann dazu beitragen, wichtige Fragen im Bereich der Hochtemperatur-Supraleitungsstrom-Bandtechnik zu beantworten, z. B. wie Quench-Prozesse keimen und sich ausbreiten. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie eine direkte Messung der Oberflächentemperatur der Probe mit einer räumlichen Auflösung von etwa einem Mikrometer ermöglicht.Yang Hao, Doktorand in der ANL-Gruppe für Supraleitung und Magnetismus, wird das Verfahren vorführen. Um dieses Verfahren zu starten, stellen Sie Strom- und Spannungsverbindungen zu den Geräten an der Probe her, um die Dünnschichtbeschichtung vorzubereiten, da diese Schritte zu Verunreinigungen führen können, die vor der Beschichtung entfernt werden sollten. Reinigen Sie die Probe 15 Sekunden lang in 100%igem Aceton in einem Ultraschallbad.Reinigen Sie die Probe, ohne sie trocknen zu lassen, fünf Sekunden lang in 100%igem Isopropylalkohol in einem Ultraschallbad. Blasen Sie dann die Probe mit einer Stickstoffpistole trocken. Wenn möglich, reinigen Sie die Probenob

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Die Aufspaltung der Proteine ​​entweder innerhalb der Plasmamembran oder in intrazellulären Orten eines Regulierungsmechanismus, stark beeinflussen können Signalisierung Ergebnisse, daher zu verstehen Signalisierung ist es wichtig, die räumliche und zeitliche Verhalten der beteiligten Proteine ​​zu untersuchen. Wir beschreiben hier eine TIRF-Mikroskopie basierendes System zur Signaltransduktion in T-Zellen zu studieren, aber ist breit anwendbar.

Ein TIRF Mikroskopie-Technik für Echtzeit-, Einzigartige Bilder aus dem TCR und der damit verbundenen Signalproteine

Diese Methode zielt darauf ab, vertikale Untergrunddefekte zu lokalisieren. Hier koppeln wir einen Laser mit einem räumlichen Lichtmodulator und lösen seinen Videoeingang aus, um eine Probenoberfläche deterministisch mit zwei anti-phased modulierten Linien zu erwärmen, während hochaufgelöste thermische Bilder aufgenommen werden. Die Fehlerposition wird von der Auswertung von thermischen Welleninterferenzminima abgerufen.

Untergrundfehler-Lokalisierung durch strukturierte Erwärmung mittels laserprojektierter photothermischer Thermografie

Das übergeordnete Ziel dieser Methodik ist es, die optimalen Versuchsbedingungen von Probenvorbereitung zur Bildaufnahme und zum Wiederaufbau zu geben, um 2D dual dSTORM Farbbilder von Mikrotubuli und fortgeschrittene Filamente in festen Zellen...

Imaging-Intermediate Filamenten und Mikrotubuli mit 2-dimensionale direkte stochastische optische Rekonstruktion Mikroskopie

Eine detaillierte Anleitung ist wie ein stark geneigten bauen beschrieben fegte Kachel (HIST) Mikroskop und dessen Nutzung für die Einzelmolekül-Bildgebung.

Eine Anleitung zu einem stark geneigten bauen fegte Fliese Mikroskop für erweiterte Sichtfeld der Einzelmolekül-Imaging

Wir beschreiben die Verwendung einer neuartigen, Frequenzbereichs-Lumineszenz-Lebensdauerkamera zur Kartierung von 2D O2-Verteilungen mit optischen Sensorfolien. Das Kamerasystem und die Bildanalyseverfahren werden zusammen mit der Vorbereitung, Kalibrierung und Anwendung von Sensorfolien zur Visualisierung der O 2-Mikroumgebung in der Rhizosphäre von Wasserpflanzen beschrieben.

Lumineszenz-Lebensdauer-Bildgebung von O2 mit einem Frequency-Domain-basierten Kamerasystem

Die chipbasierte optische Superauflösungsmikroskopie ist ein neuartiger Ansatz in der Fluoreszenzmikroskopie und bietet Vorteile in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Durchsatz. Hier werden die Protokolle für die Chipvorbereitung und -bildgebung gezeigt für die TIRF-Mikroskopie und die lokalisierungsbasierte Superauflösungsmikroskopie.

Hochdurchsatz totale interne Reflexionfluoreszenz und direkte stochastische optische Rekonstruktionsmikroskopie mit einem Photonischen Chip

Hier stellen wir ein Protokoll vor, um lumineszierende hyperspektrale Bildgebungsdaten zu erhalten und optische Anisotropie-Features von Lanthanid-basierten Einzelkristallen mit einem Hyperspektral Imaging System zu analysieren.

Hyperspektrale Bildgebung als Werkzeug zur Untersuchung der optischen Anisotropie in Lanthanid-basierten molekularen Einzelkristallen

In dieser Arbeit stellen wir ein Protokoll zur hochauflösenden optischen Detektion chemischer Informationen um implantierte medizinische Geräte mit röntgenangeregter lumineszenzchemischer Bildgebung (XELCI) vor. Dieses neuartige bildgebende Verfahren wird in unserem Labor entwickelt und ermöglicht die Untersuchung der Biochemie implantatassoziierter Infektionen.

Chemische Bildgebung mit hoher räumlicher Auflösung von implantatassoziierten Infektionen mit röntgenangeregter Lumineszenz-chemischer Bildgebung durch Gewebe

Dieser Artikel beschreibt die Verwendung eines neuen, schnellen optischen Bildgebungsgeräts für die makroskopische Photolumineszenz-Lebensdauer-Bildgebung von Proben mit langem Zerfall. Die Integrations-, Bildaufnahme- und Analyseverfahren werden ebenso beschrieben wie die Präparation und Charakterisierung der Sensormaterialien für die Bildgebung und die Anwendung des Imagers bei der Untersuchung biologischer Proben.

Fluoreszenzlebensdauer-Makro-Imager für biomedizinische Anwendungen

Dieses Video beschreibt die Grundlagen der digitalen Streifenprojektionstechniken, die dichte 3D-Messungen von dynamisch veränderlichen Oberflächen ermöglichen. Es demonstriert auch das Design und den Betrieb eines binären Hochgeschwindigkeits-Defokussierungssystems, das auf diesen Techniken basiert.

High-Auflösung, High-Speed-, Three-dimensional Imaging mit Digital-Video-Streifenprojektionstechnik

Erfahren Sie eine Mikroskopietechnik zur Messung der Selbsterwärmung in mikroelektronischen Bauelementen bei kryogenen Temperaturen mit EuTFC-Beschichtung. Diese Methode ermöglicht direkte Temperaturmessungen mit einer räumlichen Auflösung von etwa einem Mikrometer.

Hochauflösende Thermal Micro-Bildgebung Europiumchelatlösung Lumineszente Coatings

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