열 현미경 검사

Scanning thermal microscopy
Au-Cr 열전대를 기반으로 하는 기존 STHM 팁의 개략도 및 SEM 이미지.[1]
다이아몬드 N-V 센터를 이용한 STHM.
(a) 실험 설정의 도식 전류를 AFM칸틸레버(인광 도핑된 Si, P:Si)의 암에 인가하여 끝부분을 팁 위로 가열한다(Intrinic Si, i-Si). 하단 렌즈는 녹색 레이저 광선으로 다이아몬드 나노크리멘탈을 자극해 광채광(PL)을 모은다. 크리스탈은 N-V 센터를 호스팅하고 AFM 팁에 부착된다. 샘플 표면의 와이어는 마이크로파 소스(mw) 역할을 한다. 캔틸레버 T의h 온도는 인가 전류와 전압에서 결정된다.
(b) 세 가지 온도에서 N-V 중심부의 자기 공명 스펙트럼을 광학적으로 검출한다.
(c) 사파이어에 금문자 E의 열전도 이미지. 흰색 원은 AFM 지형과 상관없는 특징을 나타낸다. (d)[2] 다이아몬드 나노크리스탈이 밝은 지점으로 나타나는 AFM 캔틸레버 끝과 끝의 PL 영상. (e) N-V 센터의 확대 PL 영상 d.

열 현미경 스캐닝(STHM)은 인터페이스의 국소 온도와 열전도도를 매핑하는 스캐닝 프로브 현미경의 일종이다. 스캐닝 열 현미경의 탐침은 국소 온도에 민감하여 나노 스케일 온도계를 제공한다. 나노미터 척도의 열 측정은 과학적이고 산업적인 관심사다.

적용들

SThM은 나노 스케일에서 열 측정이 가능하다. 이러한 측정에는 온도, 재료의 열 특성, 열 전도성, 열 용량, 유리 전환 온도, 잠열, 엔탈피 등이 포함될 수 있다. 신청서는 다음과 같다.

역사

열 현미경 스캐닝은 클레이튼 C에 의해 발명되었다. 윌리엄스와 H. 쿠마르 위크라마싱헤는 1986년에 태어났다.[19]

테크닉

SThM은 전문 프로브를 사용해야 한다. 열 탐침에는 두 가지 유형이 있다. 프로브 온도가 프로브 팁의 열전쌍 접합부에 의해 모니터링되는 열전쌍 프로브와 프로브 팁의 박막 저항기에 의해 프로브 온도가 모니터링되는 저항성 또는 전압계 프로브. 이러한 탐침은 일반적으로 실리콘 기질에 있는 얇은 유전체 필름으로 만들어지며 금속 또는 반도체 필름 볼로미터를 사용하여 팁 온도를 감지한다. 좀 더 관여된 마이크로 가공 방법을 사용하는 다른 접근법도 보고되었다.[20] 전압계 프로브에서 저항기는 로컬 히터로 사용되며 프로브 저항의 부분적인 변화는 샘플의 온도 및/또는 열전도도를 감지하는 데 사용된다.[14] 팁이 샘플과 접촉하면 열이 팁에서 샘플로 흐른다. 프로브를 스캔하면 열 흐름의 양이 변한다. 열 흐름을 모니터링하면 시료의 열 지도를 만들 수 있어 시료 내 열전도도의 공간적 변화를 알 수 있다. SThM은 교정 과정을 통해 열전도도의 정량값을 밝힐 수 있다.[21] 또는 샘플의 온도 분포를 시각화하기 위해 예를 들어 동력 회로와 같이 샘플이 능동적으로 가열될 수 있다.

팁샘플 열 전달은 다음을 포함할 수 있다.

  • 고체 전도. 시료에 프로브 팁. 이것이 열 스캔을 생성하는 전달 메커니즘이다.
  • 액체-액체 전도. 0이 아닌 습도에서 스캔할 때, 팁과 샘플 사이에 액체 메니쿠스가 형성된다. 전도는 이 액체 방울을 통해 발생할 수 있다.
  • 가스 전도. 열은 프로브 팁의 가장자리를 통해 샘플로 전달될 수 있다.

참조

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