Name: Ad alta risoluzione termica micro-imaging Utilizzando europio chelato luminescenti Coatings (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-04-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 1 s
Description: Scopri la microscopia termica ad alta risoluzione per misurare l'autoriscaldamento nei dispositivi microelettronici a temperature criogeniche utilizzando rivestimenti luminescenti al chelato di europio.

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Il lavoro presso l'Argonne National Laboratory è stato finanziato dal Dipartimento dell'Energia, Ufficio delle Scienze dell'Energia di Base, nell'ambito del Contratto n. DE-AC02-06CH11357, che finanzia anche il Center for Nanoscale Materials (CNM) di Argonne, dove è stato eseguito il patterning della mesa BSCCO. Ringraziamo R. Divan e L. Ocola per il loro aiuto nella realizzazione dei campioni.

1. Preparazione del campione per il rivestimento NOTA: Se possibile, rimuovere ogni contaminazione organica dalla superficie del campione da acquisire termicamente. La contaminazione può reagire con il film depositato EuTFC e alterare la sua risposta luminescente, causando artefatti dipendenti dalla posizione nelle immagini termiche risultanti. Questo è di particolare importanza per campioni con elettrodi di superficie Au, che tendono ad ottenere contaminazione organica dall&#39;atmosfera. Rimuovere eventuali particelle o polvere seduto sulla superficie del campione, allo stesso tempo, in quanto potrebbero causare artefatti anche. Gli autori raccomandano la seguente procedura: <ol><li> Effettuare i collegamenti di corrente e tensione ai dispositivi sul campione come ponti superconduttori o dispositivi resistivi (es wire bond, dipinti a sui collegamenti mediante resina epossidica conduttiva, ecc) prima di pulire in preparazione per il rivestimento di pellicola sottile, come questi passaggi possono introdurre contaminazione which dovrebbe essere rimosso prima del rivestimento. Utilizzare cavi Au se possibile, poiché questo renderà più facile collegare il campione al criostato dopo che la pellicola è stato depositato. (Vedi punto 4.6.) </li><li> Pulire il campione in 100% di acetone in un bagno a ultrasuoni per 15 s. </li><li> Senza che permetta di asciugare, pulirlo in 100% di alcool isopropilico in un bagno ad ultrasuoni per 5 s. </li><li> Soffiare il campione secco utilizzando una pistola azoto. </li><li> Se possibile, pulire eventuali residui organici residui dalla superficie del campione utilizzando incenerimento plasma di ossigeno. A tale scopo, utilizzare plasma potenza di 100 W, O 2 portata di 22 cm 3 / s, e la pressione del gas di 160 mTorr per 60 s. Per evitare una nuova contaminazione del campione, la deposizione del rivestimento EuTFC appena possibile dopo questo passaggio. </li></ol> 2. Preparazione del sistema di rivestimento per EuTFC Deposizione <ol><li> Utilizzare una fonte sublimazione costituito da una barca appositamente costruito 20 x 10 x 10 mm 3 dimensioni (lxwxh) fatta da acciaio inoslamina di acciaio s, racchiude una bobina 10 di filo resistivo Manganina, per funzionare a circa 100 - 200 ° C. Sciogliere eventuali residui fusi di EuTFC dalla barca immergendo in acetone, in quanto potrebbero compromettere le proprietà del nuovo film. </li><li> Sciacquare la barca in alcool isopropilico. </li><li> Lasciare che la barca si asciughi completamente all&#39;aria prima di procedere a caricare EuTFC in esso. </li><li> Proteggere EuTFC polvere da vapore acqueo e la luce mentre viene memorizzato. Accuratamente macinare EuTFC polvere usando un mortaio di agata e pestello per rimuovere eventuali grumi visibili. NOTA: Anche quando la polvere è protetto da vapore acqueo, può ancora cristallizzarsi in grandi grumi di 100 micron di diametro o più. Queste devono essere rimossi in quanto si tradurrà in un film grossolanamente non uniforme quando sublimata, causando artefatti nelle immagini termiche. </li><li> Installare il supporto del campione e sorgente sublimazione nel sistema di rivestimento sotto vuoto tale che il campione si trova a circa 10 mm sopra la barca sorgente(Opportunamente orientato sensore cristallo spessore per controllare la velocità di deposizione). Collegare il riscaldatore barca fonte conduce alla loro passanti vuoto associati. </li><li> Riempire la barca fonte circa 2/3 pieno con circa 0,2 g di terreno EuTFC polvere. </li><li> Montare il campione capovolta direttamente sopra la barca sorgente (per garantire l&#39;uniformità del film depositato), preferibilmente utilizzando nastro o appiccicose punti su due lati, anziché grasso vuoto che può contaminare il film. </li><li> Per ridurre al minimo l&#39;esposizione della superficie del campione e la polvere EuTFC all&#39;atmosfera (in particolare vapore acqueo) iniziare evacuazione della camera di deposizione utilizzando una pompa rotativa appena possibile. </li></ol> 3. Deposizione di EuTFC a film sottile per sublimazione termica <ol><li> Pompare la camera di deposizione a 3 x 10 -5 mbar o meno, preferibilmente utilizzando una pompa turbomolecolare. </li><li> Programmare il controllo dello spessore del cristallo per leggere una densità della pellicola di 1,50 g / cm 3. </li><li> Applicare 0,5 W di potenza al riscaldatore barca fonte, per riscaldare dolcemente la fonte fino a quando l&#39;EuTFC inizia a sublimare. Ci vorranno 2 - 3 minuti per il controllo dello spessore per iniziare la lettura di un tasso di deposizione apprezzabile. </li><li> Regolare la potenza di riscaldamento per mantenere una velocità di deposizione di 6 - 7 nm / minuto. Fare solo piccoli aggiustamenti, lento, come la velocità di deposizione richiede in genere 1 - 2 minuti per rispondere ai cambiamenti di potenza in ingresso. NOTA: temperature sufficienti barche a depositare più di 10 nm / minuto in questa configurazione può causare la polvere di sciogliersi in barca, riducendo drasticamente la sua superficie e quindi la velocità di sublimazione. Ancora più importante, le temperature eccessive barca possono alterare chimicamente l&#39;EuTFC e quindi ridurre fortemente la sensibilità termica della sua luminescenza. </li><li> Dopo 200 nm (lettura dal monitor spessore) di deposizione di film, spegnere l&#39;alimentazione alla sorgente. (± 20 nm è accettabile qui, anche se spessori significativamente fuori di questo intervallo si tradurrà in bassosensibilità della pellicola.) </li><li> Dopo la lettura sul monitor spessore raggiunge lo zero, ventilare la camera, con gas azoto secco. Dopo la rimozione, proteggere il campione dalla luce e vapore acqueo appena possibile, dallo stoccaggio in un contenitore a prova di luce in un essiccatore sotto vuoto. NOTA: Ciò impedisce rispettivamente sbianca e chimica degradazione della pellicola sottile EuTFC. </li></ol> 4. Installazione del campione in misura criostato <ol><li> Collocare una goccia di grasso per vuoto sulla scena campionatura centrale criostato di circa 1-2 mm di diametro. Utilizzare una fase campione comprendente un rame dito freddo con una superficie superiore circolare di 15 mm di diametro. NOTA: Questa è una dimensione sufficiente ad assicurare una forte contatto termico tra la fase ed il campione quando si preme il campione giù piatto su di esso. </li><li> Se il substrato campione è elettricamente conduttore, isolarlo dalla fase mettendo a 10 micron foglio di Mylar sopra del grasso, e una dimensione simile secondad blob in cima al Mylar. NOTA: Gli autori ritengono che è meglio usare grasso con una viscosità relativamente elevata (ad esempio a base siliconica grasso alto vuoto) dai composti calore affondamento specializzati, in quanto quest&#39;ultimo tipicamente contengono componenti a bassa viscosità che può fluire sulla superficie superiore del campione e contaminare il suo rivestimento EuTFC. </li><li> Premere il campione giù in cima del grasso con una pinzetta per applicare la forza di due angoli diagonalmente opposti simultaneamente, e quindi serrare in posizione almeno due angoli, utilizzando viti di ottone e morsetti BeCu. NOTA: Se il campione non è tenuto saldamente in posizione, allora può andare alla deriva in modo significativo rispetto al microscopio quando l&#39;alimentazione viene applicata ad esso, rendendo le immagini risultanti difficile da analizzare. </li><li> Apportare le necessarie connessioni elettriche come per corrente e tensione conduce dal campione al cablaggio criostato, facendo attenzione a non consentire la contaminazione (ad esempio goccioline di flusso di saldatura) di atterrare su Epellicola uTFC. NOTA: Fate questo utilizzando solo la più piccola quantità di flusso, che farà il lavoro, e, preferibilmente, evitare l&#39;uso di flusso per questo passo a tutti. Flusso non dovrebbe essere necessario se si utilizzano fili Au per le connessioni al campione. </li><li> Montare il criostato campione in merito alla fase di traduzione xyz sotto il microscopio, installare scudo termico e finestra ottica, ed evacuare il suo spazio campione con una pompa turbomolecolare. </li><li> Coprire la finestra ottica del criostato con un foglio di alluminio (o simile) per evitare l&#39;imbiancamento della EuTFC dalla luce ambiente nella stanza. Fare attenzione a non danneggiare o contaminare la lente del microscopio durante questa operazione. </li><li> Raffreddare il criostato alla temperatura del bagno di interesse. Per i campioni descritti in questo documento, questo è tipicamente tra 5 K e 100 K. NOTA: Non permettere la fase del campione a sedere per prolungati periodi di tempo a temperature comprese tra 125 K e 175 K, poiché in questa gamma film EuTFC finirà cristallizzaread uno stato polygranular con proprietà di luminescenza disomogenee che può anche modificarsi nel tempo. Raffreddamento attraverso questo intervallo di temperatura a 2 K / minuto o più veloce farà in modo che questo problema non si verifica. Se il criostato viene accidentalmente lasciato in questo intervallo di temperatura per troppo tempo, il film EuTFC può essere riproducibile &#39;reset&#39; semplicemente riscaldando il criostato ad almeno 190 K per 5 minuti. </li></ol> 5. Raccolta dei dati immagine termica <ol><li> Installare un filtro passa-corto con 500 nm di lunghezza d&#39;onda di taglio nel percorso di illuminazione ottica. </li><li> Installare un filtro passa-banda con centro banda passante lunghezza d&#39;onda = 610 nm e FWHM = 10 nm, nel percorso ottici di raccolta. NOTA: una banda passante stretta è vantaggioso qui, dal momento che riduce al minimo la raccolta di luce di fondo che contribuisce al rumore, ma non per il segnale. I filtri devono essere scelti in modo da minimizzare il crosstalk spettrale tra di loro. </li><li> Lasciare che la sorgente di luce per riscaldarsi e di stabilizzarsi a Its temperatura di funzionamento in regime stazionario, e lasciare raffreddare la fotocamera alla sua temperatura operativa di equilibrio. Questo dovrebbe richiedere circa 30 minuti in entrambi i casi. </li><li> Con tutti i filtri ottici in atto (in quanto la posizione di messa a fuoco è di lunghezza d&#39;onda-dipendente) illuminare il campione e allineare e focalizzare il microscopio per la regione di interesse. NOTA: Mentre il campione non viene esposta, utilizzare un otturatore o simile per evitare inutili illuminazione del campione e sbiancamento risultante del film EuTFC. </li><li> Raccogliere un&#39;immagine di riferimento con corrente zero applicata al campione. Quando si raccolgono ogni immagine, effettuare una correzione per conta scuri, che può variare fortemente da pixel a pixel, oltre a dare una compensazione dei veri conteggi immagine del segnale luminescente significativo. NOTA: Le condizioni di esposizione utilizzati dipenderà dalle esigenze dell&#39;esperimento (vedi discussione), ma è importante scegliere le condizioni di esposizione in modo tale che l&#39;immagine non contiene pixel saturi. Ilimmagine di riferimento è necessario in quanto l&#39;intensità luminescente raccolto sarà tipicamente variano fortemente a seconda della riflettività della superficie del campione, anche quando la sua temperatura è del tutto uniforme. </li><li> Applicare polarizzazione elettrica al campione, raccogliere un&#39;immagine nelle stesse condizioni di esposizione come riferimento, e calcolare il rapporto di intensità di questi. NOTA: Il livello di polarizzazione elettrica necessaria dipende fortemente dalla combinazione di comportamento del dispositivo e di auto-riscaldamento che sono in fase di studio. Gli esempi presentati qui derivano tipicamente da correnti di polarizzazione di esempio dell&#39;ordine di decine di mA, con conseguente pochi volt di polarizzazione attraverso il dispositivo. NOTA: Se il campione si è spostato in modo significativo rispetto all&#39;immagine di riferimento, quindi i dati dei pixel dovrebbe essere spostato per compensare. (Tuttavia, a seconda delle prestazioni della fotocamera, questo cambiamento può introdurre rumore da variazioni pixel-per-pixel nella sua sensibilità alla luce, motivo per cui il movimento del campione dovrebbe essere minimizzato se affatto posbile.) Se è richiesta un&#39;elevata precisione assoluta in misure di temperatura, piccole derive nell&#39;intensità della lampada possono essere corretti per normalizzando il rapporto dell&#39;immagine da riferimento per essere 1 in una regione idonea del campione (cioè. uno che è sufficientemente dal dispositivo auto-riscaldato per essere influenzato da esso). </li><li> Ripetere il passo 5.6 per tutte le condizioni di polarizzazione di interesse, mantenendo costante la temperatura del bagno. </li><li> Ripetere i passaggi da 5.4 fino alla 5.7 per tutte le temperature del bagno di interesse. NOTA: A seconda del criostato, il campione potrebbe essere necessario raddrizzato e riorientato ad ogni nuova temperatura del bagno. </li></ol> 6. La calibrazione dei risultati <ol><li> Raccogliere le immagini di riferimento zero applicata correnti sufficienti a coprire l&#39;intero intervallo di temperatura di interesse. 3 a 4 immagini a ciascuna delle temperature sufficienti per stabilire la riproducibilità, mentre 20 K spaziatura darà punti sufficienti per generare una curva di calibrazione accurata. (Vedi Figura 1b &lt;/ Strong&gt;.) </li><li> Da questa curva, convertire le immagini intensità normalizzate in mappe di temperatura. Mentre l&#39;intensità luminescente assoluto dipende fortemente dalla riflettività superficiale locale del campione, il suo comportamento normalizzata rispetto alla temperatura è molto debolmente influenzata da questo. </li></ol> Stoccaggio 7. campione e Film Riutilizzo <ol><li> Come sempre, mantenere la pellicola protetta da candeggio luce ambientale. NOTA: Se necessario, il rivestimento EuTFC su un campione può sopportare ripetuti cicli termici, e le sue proprietà rimarrà stabile per un periodo di 2-3 settimane se tenuto in alto vuoto. NOTA: Tuttavia, anche se conservato in alto vuoto a temperatura ambiente, il film si degradano più di 2-3 mesi. (Scolorimento e irruvidimento della pellicola sono facilmente visibili al microscopio ottico). Se ciò si verifica su un campione che richiede immagini termiche aggiuntive, quindi pulire la pellicola fuori e sostituirlo secondo i punti da 1 a 3. </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>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Come dimostrato dai nostri risultati, la tecnica descritta in questo articolo produce immagini termiche ad alta risoluzione di microdispositivi, con buona sensibilità e utilizzando solo semplice apparecchiatura microscopia ottica. I vantaggi di questa tecnica rispetto a metodi alternativi (di cui si parlerà più avanti) sono più forti di circa 250 K e sotto, il che significa che le sue applicazioni più importanti sono per studiare l'auto-riscaldamento dei dispositivi che sono progettati per funzionare a temperature del b...

Molti dispositivi elettronici subiscono forte auto-riscaldamento quando polarizzato elettricamente alle loro normali condizioni operative. Ciò è generalmente dovuto ad una combinazione di bassa conducibilità termica (ad esempio nei semiconduttori) e ad alta densità di potenza dissipata. Inoltre, nei dispositivi con una resistività elettrica semiconduttore simile (cioè con ∂ρ / ∂ T &lt;0) è da tempo noto che esiste la possibilità di instabilità termica localizzata in determinate condizioni di polarizzazione 1, 2, in cui i flussi di corrente di polarizzazione non uniformemente attraverso il dispositivo, ma piuttosto in filamenti strette che sono associati con altamente localizzata auto-riscaldamento, tipicamente su una scala micron. Comprendere quali fisica auto-riscaldamento può in alcuni casi essere essenziale per ottimizzare la progettazione di un particolare dispositivo, il che significa che le tecniche per la temperatura di immagini su scale micron sonomolto utile. C&#39;è stata una recente rinascita di interesse per tali tecniche da due aree di sviluppo tecnologico. Il primo di questi è per i processi di tempra di imaging in nastri superconduttori ad alta temperatura in cui termico micro-imaging permette spegnere siti di nucleazione per essere identificati e studiati 3, 4. La seconda applicazione è per comprendere auto-riscaldamento in impilati Josephson giunzione fonti terahertz intrinseche, che sono fabbricati da Bi 2 Sr 2 Cacu 2 O 8. Questi hanno la combinazione di bassa conducibilità termica e conduttività elettrica semiconduttore, come lungo la direzione, del flusso di corrente (cioè la loro cristallina c -axis) descritti sopra. Non solo essi mostrano sperimentalmente comportamento complesso disomogeneo auto-riscaldamento 5, 6, 7, 8 </sup&gt;, 9, 10, 11 è stato teoricamente previsto che questo può essere utile per l&#39;emissione di potenza THz 12, 13. Un certo numero di tecniche esistenti per l&#39;imaging la temperatura di un campione su scale microscopiche. La tecnica termoluminescente qui descritto è stato originariamente impiegato per dispositivi semiconduttori a temperatura ambiente 14, 15, 16, ma è stato più recentemente applicato a temperature criogeniche bagno ai nastri superconduttori e le fonti THz sopra descritte 3, 4, 10, 11. Miglioramenti nelle prestazioni di risoluzione e segnale-rumore di telecamere CCD hanno consentito notevoli prestazionimiglioramenti in questa tecnica nel corso degli ultimi decenni. L&#39;Eu-coordinamento europio complesso thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) ha una luminescenza ottica che è fortemente dipendente dalla temperatura. I leganti organici in questo complesso assorbono efficacemente la luce UV in una larga banda circa 345 nm. L&#39;energia viene trasferita radiazioni meno via eccitazioni intra-molecolari alla UE 3+ ione, che restituisce il complesso allo stato fondamentale attraverso l&#39;emissione di un fotone luminescenza a 612 nm. La dipendenza dalla temperatura forte deriva dal processo di trasferimento di energia 17 rendendo per una sonda termica sensibile di un oggetto rivestito con questo materiale. Quando il rivestimento viene eccitato con una fonte vicino ultravioletto - come una lampada ad arco corto Hg - regioni con intensità di luminescenza inferiore corrispondono a temperature superiori locale. Le immagini risultanti sono limitati nella risoluzione spaziale dalla risoluzione delle ottiche microscopio e la lunghezza d&#39;onda della luminescence (in pratica, a circa 1 micron). A seconda del rapporto segnale-rumore richiesto, risoluzione temporale è limitata solo dalla velocità dell&#39;otturatore della telecamera, e più fondamentalmente dal tempo di decadimento della luminescenza (non più di 500 ms) 15. Queste caratteristiche rendono la tecnica una sonda molto veloce della temperatura del dispositivo, che produce misure dirette di temperatura, utilizzando attrezzature relativamente semplice ed economica. Varianti di questa tecnica pubblicata in passato da altri gruppi hanno impiegato piccole concentrazioni di Eu-chelati disciolti in film polimerici e spin-rivestito sulla superficie del campione 3, 4. Questo si traduce in un rivestimento che è molto uniforme localmente, ma che ha significative variazioni di spessore a gradini nella topografia del campione - come comunemente avviene in microdispositivi - conseguente forti variazioni spaziali nella risposta luminescente which può dare artefatti nelle immagini. La variazione tecnica che descriviamo qui impiega sublimazione termica sotto vuoto. Questo non solo evitare il macroscopico spessore del film problema variazione, ma la maggiore concentrazione EuTFC raggiunto areica migliora significativamente la sensibilità e riduce il tempo di acquisizione dell&#39;immagine. Una tecnica correlata impiega un rivestimento di SiC granuli sulla superficie anziché sul EuTFC 7, 8, 9. SiC offre sensibilità alla temperatura paragonabile ai rivestimenti EuTFC qui descritte, ma la dimensione dei granuli limita la scorrevolezza e la risoluzione delle immagini risultanti. Diverse altre tecniche di esistere, che offrono diverse combinazioni di vantaggi e svantaggi. imaging a raggi infrarossi diretta della radiazione di corpo nero dal campione è semplice ed ha una risoluzione spaziale di pochi micron, ma è efficace solo quando il campione è significativaly temperatura ambiente sopra. tecniche di microscopia a scansione di sonda termica (come la microscopia a scansione termocoppia o Kelvin microscopia a sonda) offrire un&#39;eccellente sensibilità e risoluzione spaziale, ma hanno tempi di acquisizione immagine lenti, necessariamente limitata dalla velocità di scansione della punta, oltre a richiedere attrezzature altamente complessa. Laser a scansione o fascio elettronico a scansione misure microscopia termica perturbazione tensione quando un fascio modulato viene rastered attraverso la superficie di un dispositivo corrente-polarizzato 6, 7, 18. Questo offre un&#39;eccellente sensibilità, ed è in qualche modo più veloce di scansione di sonda tecniche, ma ancora una volta richiede attrezzature molto complesse, e dà anche una mappa del qualitativa indiretta della temperatura del campione.

<table><tbody><tr><td>Polvere di europio thenoiltrifluoroacetonato</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>176494-1G</td><td>Conosciuta anche come Europio tris[3-(trifluorometilidrossimetilene)-(+)-canforato]</td></tr><tr><td>Lampada ad arco corto al mercurio con guida di luce flessibile</td><td>Lumen Dynamics</td><td>X-Cite Exacte</td><td>La sorgente luminosa include un'iride interna e un fotosensore per il feedback dell'intensità di uscita.</td></tr><tr><td>Telecamera CCD raffreddata a Peltier</td><td>Princeton Instruments</td><td>PIXIS 1024</td><td>1.024 x 1.024 pixel, risoluzione a 16 bit,</td></tr><tr><td>filtro passa-banda 610 nm La banda passante</td><td>Edmund Optics</td><td>65-164</td><td>ha CWL 610&nbsp; nm, FWHM 10 nm</td></tr><tr><td>500 nm filtro passa-corto</td><td>Edmund Optics</td><td>84-706</td><td>OD4 in banda di arresto</td></tr><tr><td>Criostato a flusso di elio con finestra ottica</td><td>Oxford Instruments</td> Grasso per alto vuoto <td>MicrostatHe2</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Dow Corning</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Digital Sorgente di corrente</td><td>Keithley</td><td>Modello 2400</td><td>Sorgente di corrente e tensione controllabile da computer</td></tr><tr><td>Digitale Voltmetro</td><td>Hewlett-Packard</td><td>Modello 34420A</td><td>Nanovoltmetro digitale ora disponibile come Agilent Modello 34420A</td></tr></tbody></table>

ad alta risoluzione termica micro-imaging utilizzando europio chelato luminescenti coatings

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

dispositivi microelettronici spesso subiscono significativa auto-riscaldamento quando polarizzato alle loro condizioni operative tipiche. Questo documento descrive una tecnica di micro-imaging comodo ottico che può essere utilizzato per mappare e quantificare tale comportamento. Europio thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) ha una linea di luminescenza 612 nm cui attivazione efficienza scende fortemente con l&#39;aumentare della temperatura, a causa di interazioni t-dipendente tra l&#39;UE 3+ ione e il composto chelante organico. Questo materiale può essere facilmente rivestito su una superficie del campione per sublimazione termica sotto vuoto. Quando il rivestimento viene eccitato con luce ultravioletta (337 nm) un micro-ottica dell&#39;immagine della risposta luminescente nm 612 può essere convertito direttamente in una mappa della temperatura superficiale del campione. Questa tecnica offre risoluzione spaziale limitato solo dalle ottiche del microscopio (circa 1 micron) e risoluzione temporale limitata dalla velocità della telecamera impiegata. Offre i vantaggi aggiuntivi di solorichiede attrezzature relativamente semplice e non specializzato, e dando una sonda quantitativa della temperatura del campione.

Un esempio di una configurazione di misura tipica per lo svolgimento di questo esperimento a temperature criogeniche bagno è mostrato in Figura 1a, mentre una tipica curva di 612 nm intensità risposta luminescente in funzione della temperatura è riportata in Figura 1b. La figura 2 mostra un esempio di immagini tipiche termici di riscaldamento autonomo in una Bi 2 Sr...

Europio thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) ha una linea luminescenza ottica a 612 nm, la cui efficienza attivazione diminuisce fortemente con la temperatura. Se un campione rivestito con una pellicola sottile di questo materiale è micro-immaginata, l&#39;intensità nm risposta luminescente 612 può essere convertita in una mappa diretta della temperatura superficiale del campione.

Ad alta risoluzione termica micro-imaging Utilizzando europio chelato luminescenti Coatings

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

L'obiettivo generale di questa tecnica di microscopia è misurare l'autoriscaldamento in dispositivi microelettronici che operano a temperature di base criogeniche. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dell'ingegneria dei nastri con corrente superconduttiva ad alta temperatura, come ad esempio il modo in cui i processi di tempra si nucleano e si propagano. Il vantaggio principale di questa tecnica è che fornisce una misurazione diretta della temperatura superficiale del campione con una risoluzione spaziale di circa un micron.A dimostrare la procedura sarà Yang Hao, uno studente laureato nel gruppo ANL Superconductivity and Magnetism. Per iniziare questa procedura, effettuare collegamenti di corrente e tensione ai dispositivi sul campione in preparazione per il rivestimento a film sottile, poiché questi passaggi possono introdurre una contaminazione che deve essere rimossa prima del rivestimento. Pulire il campione in acetone al 100% in un bagno a ultrasuoni per 15 secondi.Senza lasciare asciugare il campione, pulirlo con alcol isopropilico al 100% in un bagno a ultrasuoni per cinque secondi. Quindi, asciugare il campione con una pistola ad azoto. Se pos

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La compartimentazione delle proteine ​​sia all'interno della membrana plasmatica o in sedi intracellulari è un meccanismo di regolazione che possono influenzare notevolmente i risultati di segnalazione, di conseguenza, per comprendere la segnalazione è importante studiare il comportamento spaziale e temporale delle proteine ​​coinvolte. Descriviamo qui un sistema basato TIRF microscopia a studiare trasduzione del segnale in cellule T, ma è ampiamente applicabile.

Una tecnica di microscopia TIRF per Real-time, Imaging simultanea del TCR e delle sue proteine ​​associate segnalazione

Questo metodo mira a individuare difetti verticali superficiali. Qui accoppiamo un laser con un modulatore luminoso spaziale e innesco il suo ingresso video per riscaldare una superficie di campionamento deterministicamente con due linee modulate antifase acquisendo immagini termiche fortemente risolte. La posizione di difetto viene recuperata dalla valutazione dei minimi di interferenza dell'onda termica.

Localizzazione dei difetti suburfacea mediante riscaldamento strutturato utilizzando la termografia fototermica proiettata laser

L'obiettivo generale di questa metodologia è quello di dare le condizioni sperimentali ottimali dalla preparazione del campione per acquisizione di immagini e la ricostruzione al fine di eseguire immagini dSTORM 2D doppio colore dei microtubuli e filamenti intermedi in celle...

I filamenti intermedi e microtubuli con microscopia di ricostruzione ottico stocastico diretto 2-dimensionale di imaging

Un'istruzione dettagliata è descritta su come costruire un altamente propenso spazzato tile (HIST) microscopio e suo utilizzo per l'imaging di singola molecola.

Una guida per costruire un altamente propenso spazzato Tile microscopio per l'esteso campo di vista singola molecola Imaging

Descriviamo l'uso di una nuova telecamera a vita di luminescenza del dominio di frequenza per la mappatura delle distribuzioni 2D O2 con fogli di sensori ottici. Il sistema di telecamere e le procedure di analisi delle immagini sono descritte insieme alla preparazione, alla calibrazione e all'applicazione di fogli di sensori per la visualizzazione del microambiente O2 nella rizosfera delle piante acquatiche.

Luminescenza Lifetime Imaging di O2 con un sistema di telecamere basato su frequenza-dominio

La microscopia ottica a super-risoluzione basata su chip è un nuovo approccio alla microscopia a fluorescenza e offre vantaggi in termini di efficacia in termini di costi e produttività. Qui vengono mostrati i protocolli per la preparazione e l'imaging dei chip per la microscopia TIRF e la microscopia a super-risoluzione basata sulla localizzazione.

Fluorescenza della riflessione interna totale ad alto consumo e microscopia della ricostruzione ottica stocastica diretta utilizzando un chip fotonico

Qui presentiamo un protocollo per ottenere dati di imaging iperspettrale luminescente e per analizzare le caratteristiche di anisotropia ottica dei singoli cristalli a base di lanthanide utilizzando un sistema di imaging iperspettrale.

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Qui presentiamo un protocollo per il rilevamento ottico ad alta risoluzione di informazioni chimiche intorno a dispositivi medici impiantati con imaging chimico a luminescenza eccitata a raggi X (XELCI). Questa nuova tecnica di imaging è stata sviluppata nel nostro laboratorio che consente di studiare la biochimica delle infezioni associate agli impianti.

Imaging chimico ad alta risoluzione spaziale delle infezioni associate all'impianto con luminescenza eccitata a raggi X Imaging chimico attraverso il tessuto

Questo articolo descrive l'uso di un nuovo imager ottico veloce per l'imaging macroscopico della durata della fotoluminescenza di campioni che emettono lungo decadimento. Vengono descritte le procedure di integrazione, acquisizione delle immagini e analisi, insieme alla preparazione e caratterizzazione dei materiali del sensore per l'imaging e l'applicazione dell'imager nello studio dei campioni biologici.

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Questo video descrive i fondamenti delle tecniche di proiezione digitale a frange, che forniscono misurazioni 3D dense di superfici che cambiano dinamicamente. Dimostra anche la progettazione e il funzionamento di un sistema di sfocatura binaria ad alta velocità basato su queste tecniche.

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Scopri la microscopia termica ad alta risoluzione per misurare l'autoriscaldamento nei dispositivi microelettronici a temperature criogeniche utilizzando rivestimenti luminescenti al chelato di europio.

Ad alta risoluzione termica micro-imaging Utilizzando europio chelato luminescenti Coatings

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