Thermal imaging by scanning near field fluorescent probe microscopy
Imagerie thermique par microscopie en champ proche à sonde fluorescente
Résumé
This work is a presentation of a newly developed scanning thermal technique which uses a fluorescent nanoparticle as a thermal sensor. The particle is settled at the end of an atomic force microscope tip. The contact with a surface or a heated device makes the fluorescence of the particle change and gives the temperature. The particle is made of rare earth ions (erbium and ytterbium) which have some fluorescent lines in thermal equilibrium. The measurement of the intensity ratio of these lines allows determining the absolute temperature of the particle and the sample in contact with it. This technique has been applied to observe aluminum and nickel stripes heated by DC currents. In the case of the aluminum stripe, a lateral resolution of 250nm has been found, which is close to the size of the uorescent particle. Then we applied the technique to observe stripes heated by AC currents. This mode allows observing highly localised temperature variations but can not determine the temperature of the sample. We used it to observe heated stripes with a width of 200 nm. Finally tip approach/retraction curves have been made to study the different thermal transfer mechanisms between the tip and the sample. In the case of a submicrometer stripes, the direct thermal transfer by contact is more efficient then all the others.
Ce travail présente le développement d'une nouvelle technique d'imagerie thermique utilisant une nanoparticule fluorescente comme capteur de température. La particule est fixée à l'extrémité d'une pointe de microscope à force atomique. En contact avec une surface ou un dispositif plus ou moins chaud, la fluorescence de la particule varie et permet de déterminer la température. La particule utilisée contient des ions de terres rares (erbium et ytterbium) dont certaines raies d'émission sont en équilibre thermique. La mesure de l'intensité relative de ces raies permet de déterminer la température absolue du matériau, et donc de la surface avec lequel il est en contact. Nous avons tout d'abord utilisé cette technique pour étudier l'échauffement de pistes résistives (aluminium et nickel) parcourues par un courant continu. Dans le cas de pistes d'aluminium, la résolution latérale thermique que nous avons obtenue est d'environ 250 nm, de l'ordre de la taille de la particule fluorescente. Nous avons ensuite utilisé cet instrument pour observer l'échauffement de pistes parcourue par un courant alternatif. Ce mode permet d'observer où sont localisées les variations de température, mais ne permet pas pour l'instant de déterminer la température absolue du dispositif. A l'aide de ce mode de fonctionnement, nous avons observé l'échauffement dans des pistes de nickel dont la largeur est de l'ordre de 200 nm. Enfin, en effectuant des courbes d'approche/retrait, nous avons aussi pu mesurer l'importance relative des différents mécanismes de transfert de chaleur entre la pointe et la surface. Dans le cas de pistes de taille submicronique, le transfert de chaleur par contact direct est de loin le plus efficace.
Loading...