Haute résolution Micro-imagerie thermique à l'aide d'europium chélate luminescentes Revêtements

Résumé

Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) présente une ligne de luminescence optique à 612 nm, dont l'efficacité diminue fortement l'activation avec la température. Si un échantillon revêtu d'une couche mince de ce matériau est micro-imagée, la 612 nm intensité de la réponse luminescente peut être convertie en une carte directe de la température de surface de l'échantillon.

Résumé

dispositifs micro-électroniques sont souvent soumis à l'auto-échauffement important lorsque biaisé à leurs conditions de fonctionnement typiques. Ce document décrit une technique de micro-imagerie optique commode qui peut être utilisée pour cartographier et quantifier un tel comportement. Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) a une ligne de luminescence 612 nm dont le rendement activation gouttes fortement lorsque la température augmente, en raison des interactions dépendantes T entre l'ion ^{Eu3 +} et le composé chélatant organique. Ce matériau peut être facilement déposé sur une surface d'échantillon par sublimation thermique sous vide. Lorsque le revêtement est excité avec de la lumière ultraviolette (337 nm) d'une micro-image optique de la réponse luminescente 612 nm peut être convertie directement en une carte de la température de la surface de l'échantillon. Cette technique offre une résolution spatiale limitée que par l'optique du microscope (environ 1 micron) et une résolution temporelle limitée par la vitesse de l'appareil utilisé. Il offre les avantages supplémentaires de seulementnécessitant un équipement relativement simple et non spécialisée, et en donnant une sonde quantitative de la température de l'échantillon.

Introduction

De nombreux dispositifs électroniques auto-échauffement fort lorsqu'il est polarisé électriquement à leurs conditions normales de fonctionnement. Ceci est généralement dû à une combinaison d'une faible conductivité thermique (par exemple dans les semi-conducteurs) et de haute densité de dissipation d'énergie. En outre, dans des dispositifs ayant une résistivité électrique de type semi - conducteur ( par exemple avec ∂ρ / ∂ T <0) , il est connu depuis longtemps qu'il existe la possibilité d' une sous certaines conditions de sollicitation emballement thermique localisé ^1,

Protocole

1. Préparation de l'échantillon pour le revêtement

REMARQUE: si possible, éliminer toute contamination organique de la surface de l'échantillon à la chaleur imagée. Une telle contamination peut réagir avec le film déposé et EuTFC modifier sa réponse luminescente, causant des artefacts dépendants de la position dans les images thermiques résultant. Ceci est particulièrement important avec des échantillons avec des électrodes de surface Au, qui ont tendance à attirer la contamination organique de l'atmosphère. Retirez toutes les particules ou poussières assis sur la surface de l'échantillon en même temps, puisque ceux-ci peuve....

Résultats

Un exemple d'une configuration de mesure typique pour la conduite de cette expérience à des températures de bain cryogénique est représenté sur la figure 1a, tandis qu'une courbe caractéristique de 612 nm intensité de la réponse luminescente fonction de la température est représentée sur la figure 1b.

La figure 2 montre un exemple d'images thermiques typiques de soi chauffage .......

Discussion

Comme il est démontré par nos résultats, la technique décrite dans cet article donne des images thermiques à haute résolution de microsystèmes, avec une bonne sensibilité et en utilisant seulement un simple équipement de microscopie optique. Les avantages de cette technique par rapport aux méthodes alternatives (dont il sera question ci-dessous) sont les plus fortes à environ 250 K et au-dessous, ce qui signifie que ses applications les plus importantes sont pour l'étude de l'auto-échauffement des dispositifs qui sont c.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Poudre d’europium thénoyltrifluoroacétonate	Sigma-Aldrich	176494-1G	Également connu sous le nom d’Europium tris[3-(trifluorométhylhydroxyméthylène)-(+)-camphorate]
Lampe à arc court au mercure avec guide de lumière flexible	Lumen Dynamics	X-Cite Exacte	La source de lumière comprend l’iris interne et le photocapteur pour le retour d’intensité de sortie.
Caméra CCD refroidie par Peltier Princeton	Instruments	PIXIS 1024	1 024 x 1 024 pixels, résolution 16 bits
Filtre passe-bande 610 nm	Edmund Optics	65-164	Passband a CWL 610  ; nm, FWHM 10 nm
500 nm filtre passe-court	Edmund Optics	84-706	OD4 en bande d’arrêt
Cryostat à écoulement d’hélium avec fenêtre optique	Oxford Instruments	MicrostatHe2
graisse sous vide poussé	Dow Corning
Numérique Source de courant	Keithley	Modèle 2400	Source de courant et de tension contrôlable par ordinateur
Numérique Voltmètre	Hewlett-Packard  ;	Le nanovoltmètre numérique modèle 34420A	est maintenant disponible en tant que modèle Agilent 34420A