उच्च संकल्प थर्मल माइक्रो इमेजिंग युरोपियम Chelate Luminescent कोटिंग्स का उपयोग करना
Summary
युरोपियम thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) 612 एनएम, जिसका सक्रियण दक्षता तापमान के साथ दृढ़ता से कम हो जाती है पर एक ऑप्टिकल चमक लाइन है। एक नमूना इस सामग्री की एक पतली फिल्म के साथ लेपित सूक्ष्म imaged है, तो 612 एनएम luminescent प्रतिक्रिया तीव्रता नमूना की सतह के तापमान का एक सीधा मानचित्र में परिवर्तित किया जा सकता है।
Abstract
माइक्रो इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों अक्सर महत्वपूर्ण आत्म हीटिंग से गुजरना जब अपने ठेठ ऑपरेटिंग शर्तों को पक्षपाती। इस पत्र के लिए एक सुविधाजनक ऑप्टिकल सूक्ष्म इमेजिंग तकनीक है जो नक्शा और इस तरह के व्यवहार यों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है वर्णन करता है। युरोपियम thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) एक 612 एनएम चमक लाइन जिसका सक्रियण दक्षता तापमान बढ़ने के साथ दृढ़ता से चला जाता है, ईयू 3+ आयन और कार्बनिक यौगिक chelating के बीच निर्भर बातचीत टी की वजह से है। इस सामग्री को आसानी से शून्य में थर्मल उदात्तीकरण से एक नमूना सतह पर लेपित किया जा सकता है। जब कोटिंग पराबैंगनी प्रकाश (337 एनएम) 612 एनएम luminescent प्रतिक्रिया का एक ऑप्टिकल सूक्ष्म छवि नमूना की सतह के तापमान के एक नक्शे में सीधे परिवर्तित किया जा सकता है के साथ उत्साहित हैं। इस तकनीक स्थानिक संकल्प केवल माइक्रोस्कोप प्रकाशिकी द्वारा सीमित (के बारे में 1 माइक्रोन) और समय संकल्प कार्यरत कैमरा की गति द्वारा सीमित प्रदान करता है। यह केवल के अतिरिक्त लाभ प्रदान करता हैअपेक्षाकृत सरल और गैर विशेष उपकरणों की आवश्यकता होती है, और नमूना तापमान का एक मात्रात्मक जांच दे रही है।
Introduction
कई इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों मजबूत आत्म हीटिंग से गुजरना जब विद्युत उनके सामान्य प्रचालन स्थितियों के लिए पक्षपाती। यह आमतौर पर कम तापीय चालकता (जैसे अर्धचालकों के रूप में) और उच्च शक्ति का अपव्यय घनत्व का एक संयोजन के कारण है। इसके अलावा, एक अर्ध-परिचालक की तरह विद्युत प्रतिरोधकता के साथ उपकरणों में (यानी साथ ∂ρ / ∂ टी <0) यह लंबे समय से ज्ञात किया गया है कुछ बयाझिंग की स्थिति 1, 2 के तहत स्थानीय थर्मल भगोड़ा की संभावना है, वहाँ मौजूद है, जिसमें पूर्वाग्रह धारा प्रवाहित होती है नहीं समान रूप से डिवाइस के माध्यम से, बल्कि जो अत्यधिक स्थानीय स्व-हीटिंग के साथ जुड़े रहे हैं, आम तौर पर माइक्रोन के पैमाने पर संकीर्ण सूत्र से बंधी।
जैसे अपनी हीटिंग भौतिक विज्ञान को समझना कुछ मामलों में एक विशेष डिवाइस के डिजाइन के अनुकूलन के लिए आवश्यक हो सकता है, जिसका अर्थ है कि माइक्रोन तराजू पर इमेजिंग तापमान के लिए तकनीक हैबहुत उपयोगी। वहाँ प्रौद्योगिकी के विकास के दो क्षेत्रों से ऐसी तकनीकों में रुचि के हालिया पुनरुत्थान किया गया है। पहचान होने की इनमें से पहला उच्च तापमान अतिचालक टेप में इमेजिंग बुझाना प्रक्रियाओं जिसमें थर्मल सूक्ष्म इमेजिंग केंद्रक स्थल बुझाने की अनुमति देता है के लिए है और 3 का अध्ययन किया, 4। दूसरा आवेदन खड़ी आंतरिक जोसेफसन जंक्शन टेराहर्ट्ज़ स्रोतों, जो द्वि 2 सीनियर 2 Cacu 2 हे 8 से निर्मित कर रहे हैं में आत्म हीटिंग को समझने के लिए है। ये कम तापीय चालकता और वर्तमान प्रवाह की दिशा के साथ प्रासंगिक अर्धचालक की तरह विद्युत चालकता (यानी उनके क्रिस्टलीय ग धुरी) के संयोजन है ऊपर वर्णित है। न केवल वे प्रयोगात्मक जटिल inhomogeneous आत्म हीटिंग व्यवहार 5, 6, 7, 8 दिखाते हैं </sup>, 9, 10, 11 में यह किया गया है सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी की इस THz बिजली उत्सर्जन 12, 13 के लिए फायदेमंद हो सकता है।
तकनीकें सूक्ष्म लम्बाई के पैमाने पर एक नमूने की तापमान इमेजिंग के लिए मौजूद हैं। Thermoluminescent तकनीक यहाँ वर्णित मूल रूप से कमरे के तापमान 14, 15, 16 के पास अर्ध-परिचालक उपकरणों के लिए नियुक्त किया गया था लेकिन हाल ही में अतिचालक टेप और THz स्रोत से ऊपर 3, 4, 10, 11 में वर्णित करने के लिए क्रायोजेनिक स्नान तापमान पर लागू किया गया है। सीसीडी कैमरों के संकल्प और संकेत से शोर प्रदर्शन में सुधार काफी प्रदर्शन को सक्षम कियापिछले कुछ दशकों में इस तकनीक में सुधार। ईयू-समन्वय जटिल युरोपियम thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) एक ऑप्टिकल चमक दृढ़ता से तापमान निर्भर है जो है। इस परिसर में जैविक लाइगैंडों प्रभावी रूप से एक ब्रॉड बैंड एनएम के आसपास 345 में पराबैंगनी प्रकाश को अवशोषित। ऊर्जा ईयू 3+ आयन, जो 612 एनएम पर एक चमक फोटान का उत्सर्जन के माध्यम से अपनी जमीन राज्य के लिए जटिल रिटर्न के लिए अंतर-आणविक excitations के माध्यम से विकिरण कम स्थानांतरित कर रहा है। मजबूत तापमान निर्भरता ऊर्जा हस्तांतरण की प्रक्रिया से उत्पन्न होती है 17 एक वस्तु इस सामग्री के साथ लेपित की एक संवेदनशील थर्मल जांच के लिए बना रही है। इस तरह के एक एचजी शॉर्ट आर्क लैम्प के रूप में – – जब कोटिंग एक लगभग पराबैंगनी स्रोत के साथ उत्साहित है कम चमक तीव्रता के साथ क्षेत्रों उच्च स्थानीय तापमान के अनुरूप हैं। जिसके परिणामस्वरूप छवियों खुर्दबीन प्रकाशिकी के संकल्प और लुम की तरंग दैर्ध्य द्वारा स्थानिक संकल्प में सीमित हैंinescence (व्यवहार में, लगभग 1 माइक्रोन के लिए)। आवश्यक संकेत से शोर अनुपात के आधार पर, समय संकल्प चमक (कोई 500 से ज्यादा μs) 15 के क्षय समय से ही कैमरे के शटर गति के द्वारा सीमित है, और अधिक मौलिक। इन विशेषताओं तकनीक डिवाइस तापमान के एक बहुत तेजी से जांच, जो प्रत्यक्ष तापमान माप पैदावार, अपेक्षाकृत सरल और किफायती उपकरण का उपयोग कर सकते हैं।
इस तकनीक अन्य समूहों द्वारा पहले से प्रकाशित बदलाव ईयू-chelates बहुलक फिल्मों में भंग कर दिया और नमूना सतह 3, 4 के लिए पर स्पिन में लिपटे के छोटे सांद्रता कार्यरत हैं। यह एक कोटिंग जो अत्यधिक वर्दी स्थानीय स्तर पर है में परिणाम है, लेकिन जो नमूना स्थलाकृति के चरणों में महत्वपूर्ण मोटाई भिन्नताएं होती हैं – जैसे आमतौर पर microdevices में होते हैं – luminescent प्रतिक्रिया क में मजबूत स्थानिक रूपों में जिसके परिणामस्वरूपIch छवियों में कलाकृतियों दे सकते हैं। तकनीक भिन्नता जो हम यहाँ का वर्णन शून्य में थर्मल उदात्तीकरण कार्यरत हैं। इतना ही नहीं स्थूल फिल्म मोटाई भिन्नता समस्या से बचने के है, लेकिन उच्च EuTFC एकाग्रता प्रति इकाई क्षेत्र हासिल की काफी संवेदनशीलता में सुधार और छवि अधिग्रहण समय कम कर देता है। एक संबंधित तकनीक सिक की कोटिंग की सतह के बजाय EuTFC 7, 8, 9 पर कणिकाओं कार्यरत हैं। सिक तापमान संवेदनशीलता यहाँ वर्णित EuTFC कोटिंग्स के बराबर प्रदान करता है, लेकिन कणिकाओं के आकार चिकनाई और जिसके परिणामस्वरूप छवियों का संकल्प सीमित करता है।
कई अन्य तकनीकों मौजूद हैं, जो फायदे और नुकसान के विभिन्न संयोजनों प्रदान करते हैं। नमूना से काले विकिरण के प्रत्यक्ष अवरक्त इमेजिंग सरल है और कुछ माइक्रोन के स्थानिक संकल्प है, लेकिन जब नमूना महत्वपूर्ण है ही प्रभावी हैly ऊपर कमरे के तापमान। (जैसे स्कैनिंग थर्मोकपल माइक्रोस्कोपी या केल्विन जांच माइक्रोस्कोपी के रूप में) स्कैन जांच थर्मल माइक्रोस्कोपी तकनीक उत्कृष्ट संवेदनशीलता और स्थानिक संकल्प प्रस्तुत करते हैं, लेकिन धीमी गति से छवि अधिग्रहण बार, जरूरी टिप की स्कैनिंग गति, साथ ही अत्यधिक जटिल उपकरण की आवश्यकता के द्वारा सीमित कर दिया। स्कैनिंग लेजर या स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन बीम थर्मल माइक्रोस्कोपी उपायों वोल्टेज गड़बड़ी जब एक संग्राहक बीम एक मौजूदा पक्षपाती डिवाइस 6, 7, 18 की सतह पर rastered है। इस उत्कृष्ट संवेदनशीलता प्रदान करता है, और जांच तकनीक स्कैनिंग की तुलना में कुछ तेजी से होता है, लेकिन एक बार फिर अत्यधिक जटिल उपकरणों की आवश्यकता है, और भी नमूना तापमान का एक अप्रत्यक्ष, गुणात्मक नक्शा देता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
हमारे परिणामों से के रूप में, तकनीक इस आलेख में वर्णित microdevices के उच्च संकल्प थर्मल छवियों, अच्छा संवेदनशीलता और केवल साधारण ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी उपकरण का उपयोग कर के साथ अर्जित करता है। वैकल्पिक तरीको…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Work at Argonne National Laboratory was funded by the Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, under Contract No. DE-AC02-06CH11357, which also funds Argonne’s Center for Nanoscale Materials (CNM) where the patterning of the BSCCO mesa was performed. We thank R. Divan and L. Ocola for their help with sample fabrication.
Materials
| Europium thenoyltrifluoroacetonate powder | Sigma-Aldrich | 176494-1G | Also known as Europium tris[3-(trifluoromethylhydroxymethylene)-(+)-camphorate] |
| Mercury short-arc lamp with flexible light guide | Lumen Dynamics | X-Cite Exacte | Light source includes internal iris and photosensor for output intensity feedback. |
| Peltier-cooled CCD camera | Princeton Instruments | PIXIS 1024 | 1024 x 1024 pixels, 16-bit resolution |
| 610 nm band-pass filter | Edmund Optics | 65-164 | Passband has CWL 610 nm, FWHM 10 nm |
| 500 nm short-pass filter | Edmund Optics | 84-706 | OD4 in stopband |
| Helium flow cryostat with optical window | Oxford Instruments | MicrostatHe2 | |
| high vacuum grease | Dow Corning | ||
| Digital Current source | Keithley | Model 2400 | Computer-controllable current & voltage source |
| Digital Voltmeter | Hewlett-Packard | Model 34420A | Digital Nanovoltmeter now available as Agilent Model 34420A |
Referências
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