一、簡介：

掃描熱顯微術(shù)(SThM)是在原子力顯微鏡(AFM)基礎(chǔ)上，利用對(duì)于材料的溫度、熱導(dǎo)率等的變化進(jìn)行成像，從而獲得樣品表面熱分布和相關(guān)熱物理性質(zhì)等信息的一種微納米尺度的測(cè)試技術(shù)。現(xiàn)已在微電子器件、材料等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。
這是中科院上海硅酸鹽研究所繼掃描探針聲學(xué)顯微鏡（Scanning Probe Acoustic Microscope，SPAM）之后對(duì)掃描探針顯微術(shù)的又一項(xiàng)重大突破，具有重要的應(yīng)用前景。并再度與上海卓倫微納米設(shè)備有限公司合作，應(yīng)用卓倫先進(jìn)的SPM通用平臺(tái)技術(shù)，將SThM成功加載到ZL-SPM系列產(chǎn)品上，完成了SThM商品化拓展。

ZL SThM-II 基本原理：
　
目前SThM主要采用的是Wollaston線型熱電阻探針。如圖1所示。圖2為掃描熱顯微術(shù)的裝置組成。SThM不僅可以提供被測(cè)樣品熱性質(zhì)的信息，還可同步進(jìn)行形貌成像。除了前面提到過的形貌像成像回路外，熱成像回路主要由Wheatstone電橋、信號(hào)發(fā)生器、倍頻器及鎖相放大器組成。Wheatstone電橋由一些電阻、電感和電容構(gòu)成回路。電橋的設(shè)計(jì)減小了回路自身電阻、電感和電容帶來的影響，可以較為靈敏地測(cè)量熱探針的電阻。Wheatstone電橋中，參考探針的作用是防止外界條件的變化對(duì)測(cè)試的影響。鎖相放大器的作用是獲得較高的信噪比（SNR）和靈敏度。使用倍頻器可以選定需要的參考頻率。掃描時(shí)由信號(hào)發(fā)生器向電橋中施加電壓，電橋的輸出電壓信號(hào)送入鎖相放大器；同時(shí)信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)同步信號(hào)，經(jīng)倍頻器處理后送入鎖相放大器作為參考信號(hào)。鎖相放大器將輸入的信號(hào)比較處理后將信號(hào)送入成像控制系統(tǒng)，得到熱圖像。

ZL SThM-II 成像模式：

SThM主要有兩種模式：熱導(dǎo)率測(cè)量模式和溫度測(cè)量模式，在材料領(lǐng)域，一般采用的是熱導(dǎo)率測(cè)量模式。在這種模式下，熱探針同時(shí)起到加熱器和傳感器的作用。對(duì)探針施加20mA的交流電，頻率為200Hz，因此探針被逐漸加熱。通過調(diào)整Wheatstone電橋的電壓保持熱探針溫度的恒定。當(dāng)探針與被測(cè)樣品接觸時(shí)，由于熱量由探針針尖流入樣品，造成針尖溫度下降，從而引起針尖電阻的下降。電橋的反饋回路將增加通過探針的電流，直到探針的溫度恢復(fù)到原來的操作溫度。此過程中電橋電壓的變化被記錄下來，經(jīng)鎖相放大器處理后得到熱導(dǎo)率的圖像。由此可以看出，保持探針溫度恒定所需要的能量直接與被測(cè)材料的熱導(dǎo)率相關(guān)。對(duì)于被測(cè)材料上熱導(dǎo)率較高的區(qū)域，由于探針與之接觸時(shí)熱量流失較多，造成探針溫度下降較大，因而為保持探針溫度恒定所需的能量較多，造成了Wheatstone電橋的電壓相對(duì)較高。在所得的熱導(dǎo)率圖像上電壓值較高的區(qū)域顏色相對(duì)較淺，所以材料上熱導(dǎo)率較高的區(qū)域在熱圖像上相對(duì)較亮，如圖3所示。
在SThM中，使用參考頻率三倍頻的方法來對(duì)樣品進(jìn)行熱導(dǎo)率成像。這種方法是源于探針中的電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系式：
U(t)=I0.R0 sin(ωt)+I0.ΔT/4 .dR/dT .sin(ωt-ψ)-I0.ΔT/4 .dR/dT .sin(3ωt-ψ)
從式中可以看出，3ω項(xiàng)與探針本身電阻R0無關(guān)，而與探針溫度變化ΔT有關(guān)。ΔT是與被測(cè)樣品的熱導(dǎo)率直接相關(guān)的。因此采用三倍頻方法可以減小外界因素對(duì)成像的干擾。

二、技術(shù)參數(shù)

ZL  SThM-II 型技術(shù)指標(biāo)：

1、成像模式： 熱導(dǎo)率測(cè)量模式
2、成像方式：AFM接觸模式
3、分辨率：≤100nm
4、樣品臺(tái)尺寸：15mm×15mm
5、其它指標(biāo)：參照相關(guān)型號(hào)的AFM 

三、主要特點(diǎn)

1.國內(nèi)家掃描探針熱學(xué)顯微鏡；
2.除可與MicroNano D3000型AFM聯(lián)用外，還可與多種型號(hào)的進(jìn)口AFM配套使用；