High-resolution thermische Micro-imaging Met behulp europiumchelaat Lichtgevende Coatings

Veel elektronische inrichtingen ondergaan sterke zelfverhitting bij elektrisch voorgespannen om hun normale bedrijfsomstandigheden. Dit is meestal het gevolg van een combinatie van lage thermische geleidbaarheid (zoals halfgeleiders) en hoog vermogen dichtheid. Verder is in inrichtingen met halfgeleidende-achtige elektrische weerstand (namelijk ∂ρ / ∂ T <0) is al lang bekend dat de mogelijkheid van gelokaliseerde oververhitting onder bepaalde voorspanning omstandigheden ^{1, 2,} bestaat waarbij de ruststroom vloeit niet gelijkmatig door het apparaat, maar in smalle draden die behoren bij sterk gelokaliseerde zelfopwarming, meestal op een schaal van microns.

Inzicht dergelijke zelfverhitting physics in sommige gevallen essentieel voor het optimaliseren van het ontwerp van een bepaald apparaat, waardoor technieken voor het afbeelden temperatuur aan micron schalenerg nuttig. Er is een recente opleving van interesse in dergelijke technieken uit twee gebieden van de technologische ontwikkeling. De eerste is voor het afbeelden quench processen bij hoge temperatuur supergeleidende tapes die thermische micro-imaging maakt lessen kiemvormingsplaatsen te identificeren en bestudeerd ^{3, 4.} De tweede toepassing is voor het begrijpen zelfverhitting gestapeld intrinsieke Josephsonovergang terahertz bronnen die zijn vervaardigd uit Bi ₂ Sr ₂ CaCu ₂ O _8. Deze hebben de combinatie van lage thermische geleidbaarheid en halfgeleider-achtige elektrische geleiding langs het desbetreffende stroomrichting (gebruikte kristallijne c-as) hierboven beschreven. Ze zijn niet alleen experimenteel complex niet homogeen zelfopwarming gedrag ^{5, 6, 7, 8} tonen </sup^{>, 9, 10, 11} Het is theoretisch voorspeld dat dit gunstig is voor THz zendvermogen levert ^{12, 13} kan zijn.

Een aantal technieken bestaat voor het afbeelden van de temperatuur van een monster op microscopische lengteschalen. Thermoluminescerend de techniek beschreven werd oorspronkelijk gebruikt voor halfgeleidende inrichtingen nabij kamertemperatuur ^{14, 15, 16} maar meer recentelijk bij cryogene badtemperaturen de supergeleidende tapes en THz bronnen dan ^{3, 4, 10, 11} beschreven toegepast. Verbeteringen in de resolutie en signaal-ruis prestaties van CCD-camera's hebben aanzienlijke prestatie ingeschakeldverbeteringen in deze techniek in de afgelopen decennia. De Eu-coördinatiecomplex europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) een optische luminescentie die sterk temperatuursafhankelijk. De organische liganden in dit complex effectief absorberen UV licht in een brede band rond 345 nm. De energie overgedragen door straling minder intra-moleculaire excitaties naar ^{Eu3 +} ionen, die het complex terugkeert naar de grondtoestand door het uitzenden van een foton luminescentie bij 612 nm. De sterke temperatuurafhankelijkheid voortvloeit uit de energie- overdrachtsproces ¹⁷ zorgt voor een gevoelige thermische sonde van een voorwerp bedekt met dit materiaal. Wanneer de bekleding wordt geëxciteerd met een nabij-UV source – bijvoorbeeld een Hg korte-booglamp – gebieden met lagere luminescentie intensiteit overeen met hogere lokale temperatuur. De resulterende beelden zijn in ruimtelijke resolutie beperkt door de resolutie van de microscoop optica en de golflengte van de luminescence (in de praktijk tot ongeveer 1 micron). Afhankelijk van de signaal-ruisverhouding vereist is tijdsresolutie slechts beperkt door de sluitertijd van de camera, en meer fundamenteel de vervaltijd van de luminescentie (maximaal 500 microseconden) ^15. Deze eigenschappen maken deze techniek zeer snelle probe temperatuur gereduceerd, waarbij direct temperatuurmetingen levert, via relatief eenvoudige en goedkope apparatuur.

Variaties op deze techniek eerder gepubliceerde andere groepen lage concentraties Eu-chelaten opgelost in polymeerfilms en spin-coating op het monsteroppervlak ^{3, 4} toegepast. Dit leidt tot een deklaag die plaatselijk zeer gelijkmatige, maar die aanzienlijke diktevariaties bij stappen in het monster topografie heeft – zoals vaak voorkomen in micro-inrichtingen – die een sterke ruimtelijke variaties in de luminescente reactie which kunnen artefacten in de beelden te geven. De techniek variatie die hier beschreven werk thermisch sublimeren onder vacuüm. Niet alleen heeft dit voorkomen dat de macroscopische laagdikte variatie probleem, maar de hogere EuTFC concentratie bereikt per oppervlakte-eenheid aanzienlijk verbetert de gevoeligheid en vermindert de beeldacquisitie tijd. Een verwante werkwijze maakt gebruik van een bekleding van SiC korrels op het oppervlak in plaats van de EuTFC ^{7, 8, 9.} SiC heeft temperatuurgevoeligheid vergelijkbaar met EuTFC bekledingen beschreven, maar de grootte van de granules beperkt de gladheid en de resolutie van de beelden.

Verscheidene andere technieken bestaan, die verschillende combinaties van voor- en nadelen te bieden. Directe infraroodbeeldvormingsmodules van zwartelichaamsstraling uit het monster is eenvoudig en heeft ruimtelijke resolutie van enkele microns, maar is slechts effectief wanneer het monster significantly boven kamertemperatuur. Scanning probe microscopie thermische technieken (bijvoorbeeld thermokoppel scanning microscopie of Kelvin probe microscopy) bieden een uitstekende gevoeligheid en ruimtelijke resolutie, maar trage beeldacquisitie keer noodzakelijkerwijs beperkt door de aftastsnelheid van de punt, en vereisen zeer complexe apparatuur. Scanning laser of aftastende elektronenstraal thermische microscopie meet de spanning verstoring bij een gemoduleerde bundel wordt gerasterd over het oppervlak van een stroom voorgespannen inrichting ^{6, 7, 18.} Dit biedt een uitstekende gevoeligheid en is iets sneller dan het scannen probetechnieken, maar nogmaals vereist zeer complexe apparatuur en geeft ook indirect, kwalitatief kaart van de monstertemperatuur.