Öropiyum Şelat Lüminesans Kaplamaları Kullanma yüksek çözünürlüklü Termal Mikro görüntüleme

Bu mikroskopi tekniğinin genel amacı, kriyojenik baz sıcaklıklarında çalışan mikroelektronik cihazlarda kendi kendine ısınmayı ölçmektir. Bu yöntem, su verme işlemlerinin nasıl çekirdeklendiği ve yayıldığı gibi yüksek sıcaklık süper iletken akım bant mühendisliği alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, yaklaşık bir mikronluk uzamsal çözünürlükle numune yüzey sıcaklığının doğrudan ölçümünü vermesidir.

Prosedürü gösteren, ANL Süperiletkenlik ve Manyetizma grubunda yüksek lisans öğrencisi olan Yang Hao olacak. Bu prosedüre başlamak için, ince film kaplamaya hazırlık olarak numune üzerindeki cihazlara akım ve voltaj bağlantıları yapın, çünkü bu adımlar kaplamadan önce çıkarılması gereken kontaminasyona neden olabilir. Numuneyi ultrasonik banyoda 15 saniye boyunca %100 asetonda temizleyin.

Numunenin kurumasına izin vermeden, ultrasonik banyoda %100 izopropil alkolde beş saniye boyunca temizleyin. Ardından, numuneyi bir nitrojen tabancası kullanarak kurulayın. Mümkünse, 60 saniye boyunca oksijen plazma külü kullanarak numune yüzeyinde kalan organik kalıntıları temizleyin.

Daha sonra, erimiş europium TFC kalıntılarını gidermek için bir süblimasyon kaynağını asetona batırın, çünkü bunlar yeni filmin özelliklerini olumsuz yönde etkileyecektir. Bunu takiben, tekneyi izopropil alkolle durulayın ve öropyum TFC tozu eklemeden önce tamamen kurumasını bekleyin. Evropiyum TFC tozunu depodan çıkardıktan sonra, görünür topakları gidermek için bir akik harcı ve havaneli kullanarak iyice öğütün.

Ardından, numune tutucuyu ve süblimasyon kaynağını, numune doğrudan kaynak teknenin yaklaşık 100 milimetre üzerine oturacak şekilde bir vakumlu kaplama sistemine monte edin. Kaynak tekne ısıtıcı uçlarını ilgili vakum geçişlerine bağlayın. Kaynak tekneyi yaklaşık üçte ikisi oranında 0,2 gram öğütülmüş öropyum TFC tozu ile doldurun.

Numuneyi baş aşağı, doğrudan kaynak teknenin üzerine, tercihen yapışkan noktalar kullanarak monte edin. Numune yüzeyinin ve europium TFC tozunun atmosfere maruz kalmasını en aza indirmek için, mümkün olan en kısa sürede döner bir pompa kullanarak biriktirme odasının tahliyesine başlayın. Şimdi, bir turbomoleküler pompa kullanarak biriktirme odasını üç çarpı on ila eksi beş milibar veya daha azına pompalayın.

Bunu takiben, kristal kalınlığı monitörünü santimetre küp başına 1,50 gramlık bir film yoğunluğunu okuyacak şekilde programlayın. Europium TFC süblimleşmeye başlayana kadar kaynağı hafifçe ısıtmak için kaynak tekne ısıtıcısına 0.5 watt güç uygulayın. Dakikada altı ila yedi nanometre biriktirme hızını korumak için ısıtıcı gücünü ayarlayın.

200 nanometre film biriktirme işleminden sonra, kaynağa giden gücü kapatın. Kalınlık monitörü tarafından gösterilen biriktirme hızı sıfıra ulaştığında, hazneyi kuru nitrojen gazı ile havalandırın. Numuneyi hazneden çıkardıktan sonra, vakumlu bir desikatörde ışık geçirmez bir kapta saklayarak hemen ışıktan ve su buharından koruyun.

Bu noktada, merkez kriyostat numune aşamasına yaklaşık bir ila iki milimetre çapında bir vakum gresi damlası yerleştirin. Numune substratı elektriksel olarak iletkense, gresin üzerine 10 mikronluk bir mylar tabakası ve mylar tabakasının üzerine benzer büyüklükte ikinci bir gres damlası yerleştirerek onu sahneden izole edin. Çapraz olarak zıt iki köşeye aynı anda kuvvet uygulamak için numuneyi cımbız kullanarak gresin üzerine bastırın.

Ardından, pirinç vidalar ve berilyum bakır kelepçeler kullanarak numuneyi iki köşeden yerine sıkıştırın. Kontaminasyonun öropyum TFC filminin üzerine düşmesine izin vermemeye dikkat ederek numuneden kriyostat kablolarına gerekli tüm elektrik bağlantılarını yapın. Mikroskobun ısı kalkanını ve optik penceresini takın.

Odadaki ortam aydınlatması nedeniyle öropyum TFC'nin ağartılmasını önlemek için kriyostatın optik penceresini bir parça alüminyum folyo ile kapatın. Ardından, kriyostatı ilgilenilen banyo sıcaklığına kadar soğutun ve numune alanını bir turbomoleküler pompa ile boşaltın. Termal görüntü verilerini toplamak için, aydınlatma optik yoluna 500 nanometre kesme dalga boyuna sahip bir kısa geçiren filtre takın.

Ardından, toplama optik yoluna 610 nanometre geçiş bandı merkez dalga boyuna ve maksimum yarı yarıya 10 nanometre tam genişliğe sahip bir bant geçiren filtre takın. Işık kaynağının ısınmasına ve kameranın soğumasına izin verdikten sonra, numuneyi aydınlatın ve mikroskobu ilgilenilen bölgeye hizalayın ve odaklayın. Bunu takiben, numuneye sıfır akım uygulanmış bir referans görüntü toplayın.

Numuneye elektriksel sapma uygulayın ve referansla aynı maruz kalma koşulları altında bir görüntü toplayın. Ardından, numunenin ve referans görüntülerin yoğunluk oranını hesaplayın. Banyo sıcaklığını sabit tutarken ilgilendiğiniz tüm önyargı koşulları için önceki adımı tekrarlayın.

Ardından, ilgilendiğiniz tüm banyo sıcaklıkları için tüm işlemi tekrarlayın. Son olarak, ilgilenilen tüm sıcaklık aralığını kapsayacak kadar sıfır uygulanmış akım referans görüntüsü toplayın. Abisco 2212 terahertz kaynağında kendi kendine ısınmanın tipik termal görüntüleri, yerel kendi kendine ısınmanın, cihazdan c ekseni yönünde akan kendi kendini idame ettiren akım filamanına yol açtığı lokalize bir sıcak noktayı ortaya çıkarır.

25 kelvin'lik bir banyo sıcaklığında mesa için akım voltajı karakteristiği burada görüntülenir. Bu, sıcak noktanın yaklaşık 11 miliamperde çekirdeklenmesi ve sıcak noktanın mesa'nın elektrot ucundan karşı ucuna, 40 ila 60 miliamper arasında atlaması ile ilişkili histeretik sıçramaları içerir. Farklı önyargı koşulları altında mesa yüzey sıcaklığının uzunlamasına kesitleri burada gösterilmektedir.

Mesa'nın ve elektrotun kenarlarında görünen çizgiler, dikeye yakın yan duvar yüzeylerinden yansıma nedeniyle artefaktlardır. Filmin, milimetre boyutunda topaklar içeren öropyum TFC kullanılarak süblimleştirildiği 612 nanometre ışıldayan bir görüntü burada gösterilmektedir. Evropiyum TFC kaplaması 150 kelvin'de 16 saat sonra alanlara kristalleşen ve düzensiz ve gürültülü ışıldayan tepkiye neden olan bir numune burada gösterilmektedir.

Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik uygun şekilde yapılırsa üç ila dört saat içinde yapılabilir. Bu prosedürü denerken, numune yüzeyini herhangi bir şekilde kirletmekten kaçınmayı unutmamak önemlidir. Bu prosedürü takiben, sıcak nokta salınımı ve solunum modları gibi ek olayları incelemek için yüksek hızlı termal görüntüleme gibi diğer yöntemler gerçekleştirilebilir.

Geliştirilmesinden sonra, bu teknik, yüksek sıcaklık süper iletken terahertz lazerler alanındaki araştırmacıların, yığılmış pisco Josephson bağlantılarında mevcut filamentlerin oluşumunu keşfetmelerinin yolunu açtı. Bu videoyu izledikten sonra, kendi kendine ısınma özelliklerinin doğrudan ölçülebilmesi için bir mikro cihazın nasıl hazırlanacağını iyi anlamış olmalısınız. EU(TFC)'nin hafif derecede zararlı bir madde olduğunu ve bu işlemi gerçekleştirirken EU(TFC) tozunun solunmasını önlemek ve cilt temasını önlemek için eldiven giymek gibi önlemlerin her zaman alınması gerektiğini unutmayın.