יש אירופיום thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) קו הארה אופטית ב 612 ננומטר, אשר יעילות ההפעלה פוחתת מאוד עם הטמפרטורה. אם מדגם מכוסה מעטה דקה של חומר זה הוא-צלם מייקרו, 612 עוצמת התגובה הזורחת ננומטר ניתנת להמרת מפה ישירה של טמפרטורת פני מדגם.
מאמר שיטה
יש אירופיום thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) קו הארה אופטית ב 612 ננומטר, אשר יעילות ההפעלה פוחתת מאוד עם הטמפרטורה. אם מדגם מכוסה מעטה דקה של חומר זה הוא-צלם מייקרו, 612 עוצמת התגובה הזורחת ננומטר ניתנת להמרת מפה ישירה של טמפרטורת פני מדגם.
התקנים מיקרו-אלקטרוני קרובים עוברים לחימום עצמי משמעותי כאשר מוטה לתנאי ההפעלה הטיפוסיים שלהם. מאמר זה מתאר טכניקה מיקרו הדמיה אופטית נוח אשר ניתן להשתמש בהם כדי למפות ולכמת התנהגות כזו. יש thenoyltrifluoroacetonate אירופיום (EuTFC) קו הארה 612 ננומטר אשר יעילות ההפעלה יורד חזק עם הגדלת הטמפרטורה, בשל T אינטראקציות תלויי בין האיחוד האירופי 3+ יון ואת מתחם chelating אורגני. חומר זה עשוי להיות מצופה בקלות על משטח מדגם ידי סובלימציה תרמי בוואקום. כאשר הציפוי הוא נרגש עם אור אולטרה סגול (337 ננומטר) דימוי-מיקרו אופטי של 612 התגובה זורח ננומטר ניתן להמיר ישירות לתוך המפה של טמפרטורת פני מדגם. טכניקה זו מציעה רזולוציה מרחבית מוגבלות רק על ידי אופטיקה מיקרוסקופ (כ 1 מיקרון) ורזולוצית זמן המוגבלת על ידי המהירות של המצלמה המועסקת. הוא מציע את היתרונות הנוספים של היחידהדורש ציוד פשוט יחסית ולא מיוחד, ולתת בדיקה כמותית של טמפרטורה מדגמת.
מכשירים אלקטרוניים רבים עוברים לחימום עצמי חזק כאשר מוטה חשמלי לתנאי ההפעלה הרגילים שלהם. זוהי בדרך כלל עקב שילוב של מוליכות תרמית נמוכה (כגון מוליכים למחצה) וצפיפות פיזור הספק גבוה. יתר על כן, במכשירים עם התנגדות חשמלית דמוי מוליכים למחצה (כלומר עם ∂ρ / ∂ T <0) זה כבר זמן רב ידוע כי קיימת אפשרות של בריחה תרמית מקומי בתנאים מסוימים הטיית 1, 2, שבה תזרימי הטיה הנוכחי לא באופן אחיד דרך המכשיר, אלא נימים דקיקים אשר משויכים עצמי חימום מקומי מאוד, בדרך כלל בסולם של מיקרון.
הבנת פיסיקה עצמית חימום כזה עשויה במקרים מסוימים להיות חיונית למיטוב העיצוב של מכשיר מסוים, כלומר טכניקות טמפרטורת הדמיה על מאזני מיקרון הןשימושי מאוד. יש כבר התעוררות מחודשת אחרונה של עניין טכניקות כגון משני תחומי פיתוח טכנולוגיה. הראשון שבהם הוא לתהליכים להרוות הדמיה קלטות מוליכי בטמפרטורה גבוהה אשר-הדמיה מיקרו תרמית מאפשר להרוות אתרי התגרענות להיות מזוהה ולמד 3, 4. היישום השני הוא להבנה-חימום עצמי במקורות terahertz צומת ג'וזפסון מהותיים מוערמים, אשר מיוצרים מ Bi 2 אב 2 CaCu 2 O 8. יש את אלה שילוב של מוליכות תרמית נמוכות ומוליכות חשמלית דמויות מוליכות למחצה לאורך הכיוון הרלוונטי של זרימה הנוכחית (כלומר ציר ג הגבישים שלהם) שתוארו לעיל. לא רק שהם בניסוי להראות התנהגות עצמי חימום הומוגניות מורכב 5, 6, 7, 8 >, 9, 10, 11 זה כבר תיאורטית חזה כי זה עשוי להיות מועיל עבור פליטת כוח THz 12, 13.
מספר טכניקות קיימות הדמית הטמפרטורה של מדגם בסקלות אורך מיקרוסקופי. טכניקת thermoluminescent המתואר כאן הועסקה במקור עבור מכשירים למחצה ליד בטמפרטורת חדר 14, 15, 16 אבל יש יותר לאחרונה הוחלה בקירור אמבטיה לקלטות המוליכים ומקורות THz שתוארו לעיל 3, 4, 10, 11. שיפורים ברזולוציה אות לרעש הביצועים של מצלמות CCD אפשרו ביצועים ניכרשיפורים בטכניקה זו בעשורים האחרונים. Thenoyltrifluoroacetonate אירופיום מורכבים האיחוד האירופי תיאום (EuTFC) יש הארה אופטית שהוא חזק תלוי בטמפרטורה. הליגנדים האורגניים מורכב זה באופן יעיל לקלוט אור UV ברצועה רחבה סביב 345 ננומטר. האנרגיה מועברת קרינה-פחות באמצעות ריגושי תוך מולקולריים אל יון Eu 3+, שמחזיר את המורכבות למצב הקרקע שלה באמצעות הפליטה של פוטון הארה ב 612 ננומטר. התלות בטמפרטורה החזקה נובעת מתהליך העברת האנרגיה 17 מה שהופך עבור בדיקת תרמית רגישה של אובייקט מצופה בחומר הזה. כאשר הציפוי הוא נרגש עם מקור כמעט סגול - כגון מנורת קצרת קשת Hg - אזורים עם עוצמת הארה נמוכה מתאימות הטמפרטורה המקומית גבוה. התמונות וכתוצאה מוגבלות ברזולוציה מרחבית על ידי ברזולוציה של אופטיקה מיקרוסקופ ואת אורך הגל של הלוםinescence (בפועל, כ 1 מיקרון). בהתאם ליחס אות לרעש הנדרשים, ברזולוציה זמן מוגבל רק על ידי המהירות התריס של המצלמה, ועוד ביסודו עד ריקבון של הארה (לא יותר מ 500 מיקרו-שניות) 15. תכונות אלו הופכות את טכניקת בדיקה מהירה מאוד של טמפרטורת מכשיר, אשר מניבה מדידות טמפרטורה ישירות, באמצעות ציוד פשוט וחסכוני יחסית.
וריאציות של טכניקה זו שפורסמה בעבר על ידי קבוצות אחרות העסיקו ריכוזים קטנים של האיחוד האירופי chelates המומסים סרטי פולימר ספין-מצופה על פני שטח המדגם 3, 4. התוצאה הוא ציפוי שהוא מאוד אחיד מקומי, אך יש וריאציות עובי משמעותיות לעבר שלבי הטופוגרפיה המדגמת - כגון נפוץ להתרחש במייקרו - וכתוצאה מכך וריאציות מרחבית חזקת התגובה הזורחת ש"שIch יכול לתת חפצים בתמונות. וריאצית הטכניקה שבה אנו מתארים כאן מעסיקה סובלימציה התרמית בואקום. לא רק זה למנוע את בעית וריאצית עובי סרט מקרוסקופית, אך הריכוז הגבוה EuTFC מושג ליחידת שטח משפר באופן משמעותי את הרגישות ומפחית את זמן רכישת תמונה. טכניקה קשורה מעסיקה ציפוי של SiC גרגירים על פני השטח במקום 7 EuTFC, 8, 9. SiC מציעה רגישויות טמפרטורה דומות ציפויי EuTFC המתוארים כאן, אבל בגודל של הגרגרים מגביל את החלקות ברזולוציה של תמונות המתקבלות.
כמה טכניקות אחרות קיימים, אשר מציעות שילובים של יתרונות וחסרונות שונים. הדמיית אינפרא אדומה ישירה של קרינת גוף שחור מן המדגם היא פשוט יש רזולוציה מרחבית של כמה מיקרונים, אבל הוא יעיל רק כאשר המדגם הוא משמעותיהטמפרטורה מעל חדר ly. שיטות מיקרוסקופיה בדיקת סריקת התרמית (כגון מיקרוסקופיה התרמית סריקה או מיקרוסקופ חללית קלווין) מציעות רגישות מעולה ברזולוציה מרחבית, אבל יש פעמי רכישת תמונה איטיות, מוגבלות בהכרח על ידי מהירות הסריקה של הקצה, כמו גם הדורש ציוד מורכב מאוד. ליזר סריקה או קרן אלקטרוני סורק אמצעי מיקרוסקופ תרמית הפרעות המתח כאשר קרן מווסתת היא rastered על פני השטח של מכשיר נוכחי-מוטה 6, 7, 18. זו מציעה רגישות מעולה, והוא קצת יותר מהר מאשר סריקת טכניקות בדיקה, אבל שוב דורשת ציוד מורכב מאוד, וגם נותנת מפה עקיפה, איכותית של הטמפרטורה המדגמת.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנת המדגם עבור ציפוי
הערה: במידת האפשר, להסיר כל זיהום אורגני מפני השטח של המדגם להיות צילמו תרמית. כל זיהום כזה עלול להגיב עם סרט EuTFC שהופקד ולשנות בתגובה הזורחת שלה, גרימת חפצים התלויים במיקום בתמונות התרמית וכתוצאה מכך. זו היא בעלת חשיבות מיוחדת עם דגימות עם אלקטרודות משטח Au, אשר נוטה למשוך זיהום אורגני מהאטמוספרה. לסלק את כל החלקיקים או אבק יושב על משטח מדגם בעת ובעונה אחת, שכן אלו עלולים לגרום חפצים גם. המחברים ממליצים על המהלכים הבאים:
2. הכנת מערכת ציפוי עבור EuTFC הפקדה
הפקדת 3. EuTFC Thin Film ידי סובלימציה תרמי
4. התקנה לדוגמא במדידת cryostat
אוסף 5. של נתוני תמונה תרמיים
כיול 6. תוצאות
7. אחסון מדגם ו-שימוש חוזר לקולנוע
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דוגמא תצורת מדידה טיפוסית לביצוע הניסוי הזה בטמפרטורות אמבטית קריוגני מוצגת באיור 1 א, בעוד עקומה אופיינית 612 עוצמת תגובה זורחת ננומטר לעומת הטמפרטורה זממה באיור 1b.
איור 2 מציג דוגמה של תמונות תרמית אופיינית של חימום עצמי מקור THz Bi 2 האב 2 CaCu 2 O 8,...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כפי שהוכח על ידי התוצאות שלנו, את הטכניקה המתוארת במאמר זה מניבה תמונות תרמיות ברזולוציה גבוהה של microdevices, עם רגישות טובה ושימוש בציוד מיקרוסקופיה אופטי פשוט בלבד. היתרונות של יחסי טכניקה זו לשיטות חלופיות (אשר יידונו להלן) הם חזקים על כ 250 K ומטה, כלומר היישומים החשובים ביותר שלה הם ללימוד העצמי החימום של מכשירים אשר נועדו לפעול בטמפרטורות אמבטית קריוגני. אלה כוללים קלטות נוכחיות מוליכים (שם התגרענות להרוות היא עניין הנדסי מפתח), מוליכי למחצה להקה-צרי פער עבור זיהוי אופטי, ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
העבודה במעבדה הלאומית ארגון מומנה על ידי משרד האנרגיה, המשרד למדעי האנרגיה הבסיסיים, תחת חוזה מס'. DE-AC02-06CH11357, המממן גם את המרכז של ארגון לחומרים ננומטריים (CNM) שבו בוצעה הדפוס של BSCCO mesa. אנו מודים ל-R. Divan ול-L. Ocola על עזרתם בייצור הדגימות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| אבקת Europium thenoyltrifluoroacetonate | Sigma-Aldrich | 176494-1G | ידוע גם בשם Europium tris[3-(trifluoromethylhydroxymethylene)-(+)-camphorate] |
| מנורת קשת קצרה כספית עם מוביל אור גמיש | Lumen Dynamics | X-Cite Exacte | מקור אור כולל קשתית פנימית וחיישן פוטו למשוב עוצמת פלט. |
| מצלמת CCD מקוררת פלטייר | Princeton Instruments | PIXIS 1024 | 1,024 x 1,024 פיקסלים, רזולוציה של 16 סיביות |
| מסנן מעבר פס 610 ננומטר | Edmund Optics | 65-164 | Passband יש CWL 610 ננומטר, FWHM 10 ננומטר |
| 500 ננומטר מסנן מעבר קצר | אדמונד אופטיקה | 84-706 | OD4 בפס עצירה |
| קריוסטט זרימת הליום עם חלון אופטי | אוקספורד אינסטרומנטס | MicrostatHe2 | |
| גריז ואקום גבוה | דאו קורנינג | ||
| מקור זרם דיגיטלי | קית'לי | דגם 2400 | מקור זרם ומתח הניתן לשליטה במחשב |
| דיגיטלי מד מתח | היולט-פקארד | דגם 34420A | ננו-וולט דיגיטלי זמין כעת כ-Agilent דגם 34420A |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה