Высокое разрешение Тепловых Micro-изображения с помощью европия хелата Люминесцентных Coatings

Многие электронные устройства подвергаются сильному саморазогреву, когда электрический смещены к их нормальным условиям эксплуатации. Это, как правило, обусловлено сочетанием низкой теплопроводностью (например, в полупроводниках) и высокой плотности мощности диссипации. Кроме того, в устройствах с полупроводниковым типом электрического сопротивлением (т.е. с ∂ρ / ∂ Т <0) , что уже давно известно , что существует возможность локализованного теплового пробоя при определенных условиях смещающих ^{1, 2,} в которой протекает ток смещения не равномерно через устройство, а в узких волокнах, которые связаны с высоким локализованным саморазогревом, как правило, по шкале от микрон.

Понимание такой физики саморазогрева в некоторых случаях может иметь важное значение для оптимизации конструкции конкретного устройства, а это означает, что методы визуализации температуры на микронных весахочень полезно. Там в последнее время наблюдается всплеск интереса к таким методам из двух направлений развития технологий. Первый из них предназначен для процессов закалки изображений в высокотемпературных сверхпроводящих лент , в которых тепловое микро-изображений позволяет закалочной центров кристаллизации , которые будут определены и изучены ^{3, 4.} Второе приложение для понимания саморазогрева в сложенных внутренних соединительных Джозефсона источников терагерцового, которые изготавливаются из Bi ₂ Sr ₂ CaCu ₂ O _8. Они имеют сочетание низкой теплопроводности и полупроводниковый тип электропроводности вдоль соответствующего направления тока (т.е. их кристаллической с -Axis) , описанных выше. Мало того, что они экспериментально показывают сложное поведение неоднородно саморазогрев ^{5, 6, 7, 8} </sup^{>, 9, 10, 11} это было теоретически предсказано , что это может быть полезным для излучения ТГц мощности ^{12, 13.}

Целый ряд методов существует для визуализации температуры образца на микроскопических масштабах длины. Метод , описанный здесь термолюминесцентный был первоначально использован для полупроводниковых приборов , близкой к комнатной температуре , ^{14, 15, 16} , но совсем недавно была применена при криогенных температурах до ванны сверхпроводящих лент и источников ТГц , описанных выше , ^{3, 4, 10, 11.} Улучшения в производительности разрешения и сигнал-шум ПЗС-камер позволили значительную производительностьУлучшения в этой технике в течение последних нескольких десятилетий. Eu-координационный комплекс европий thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) имеет оптическое свечение, которое сильно зависят от температуры. Органические лиганды в этом комплексе эффективно поглощают УФ свет в широком диапазоне около 345 нм. Энергия передается излучением менее с помощью интра-молекулярных возбуждений в Eu ³⁺ иона, который возвращает комплекс в основное состояние путем испускания люминесценции фотона при 612 нм. Сильная температурная зависимость возникает из-за процесса переноса энергии ¹⁷ решений для чувствительного термозонда объекта , покрытого с этим материалом. Когда покрытие возбуждается источником ближней ультрафиолетовой – такие, как Хг Шорт дуговой лампы – регионы с более низкой интенсивности люминесценции соответствуют выше локальной температуры. Полученные изображения ограничены в пространственном разрешении по решению оптики микроскопа и длиной волне люмаinescence (на практике около 1 мкм). В зависимости от отношения сигнал-шум требуется, разрешение по времени ограничено только скоростью затвора камеры, и более существенно от времени затухания люминесценции (не более 500 мкс) ^15. Эти характеристики делают этот метод очень быстрый датчик температуры устройства, что дает прямые измерения температуры, с использованием сравнительно простого и экономичного оборудования.

Вариации этого метода , опубликованный в прошлом других групп использовали малые концентрации Eu-хелат , растворенных в полимерных пленках и спин-покрытие на поверхность образца ^{3, 4.} Это приводит к покрытию, которое является весьма однородным локально, но который имеет значительные вариации толщины с шагом в образце рельефе – такие, как обычно происходит в микроустройствах – в результате сильных пространственных вариаций в ответ люминесцентного Whич может дать артефакты в изображениях. Вариации метода, который мы описываем здесь, использует тепловую сублимацию в вакууме. Это не только избежать макроскопической толщины пленки проблемы вариации, но более высокая концентрация EuTFC достигнут на единицу площади значительно улучшает чувствительность и уменьшает время получения изображения. Родственный способ использует покрытие из карбида кремния гранул на поверхности вместо EuTFC ^{7, 8, 9.} SiC предлагает чувствительность к температуре, сравнимой с покрытиями EuTFC, описанных здесь, но размер гранул ограничивает гладкость и разрешение полученных изображений.

Некоторые другие методы существуют, которые предлагают различные сочетания преимуществ и недостатков. Прямое инфракрасное изображение черного излучения от образца просто и имеет пространственное разрешение в несколько микрон, но эффективно только когда образец является значительнымLY выше комнатной температуры. Сканирующие зондовая микроскопия метода термической (например, сканирующая микроскопия термопары или Кельвин зондовой микроскопии) обеспечивает превосходную чувствительность и пространственное разрешение, но имеет медленные времена захвата изображений, обязательно ограничена скоростью сканирования наконечника, а также требует весьма сложного оборудования. Сканирование лазер или с помощью сканирующего электронного луча измеряет тепловое возмущение микроскопии напряжения , когда модулированный луч растра по поверхности тока смещенного устройства ^{6, 7, 18.} Это обеспечивает отличную чувствительность, и несколько быстрее, чем сканирование зондовых метод, но в очередной раз требует весьма сложного оборудования, а также дает косвенное, качественное отображение температуры образца.