Meting en evaluatie van lokale oppervlaktetemperatuur geïnduceerd door bestraling van nanoschaal of microschaal elektronenbundels

Resultaten

We hebben eerst de bovengrens van de lokale temperatuur geïnvesteerd, T _max , dat een e-straal op nanoschaal in een TEM op een onderwerpoppervlak zou kunnen induceren. Tientallen experimentele bewijzen toonden aan dat atomen in oppervlaktelagen van een vast NW onmiddellijk konden worden verdampt onder bestraling van een HIEB [8, 42], wat aangeeft dat de corresponderende T _max waarden waren hoger dan de verdampingstemperaturen van de betreffende materialen. Afbeelding 1 geeft een typisch resultaat weer van een TEM (Jeol 2010F) bij een bedrijfsspanning van 200 kV en een e-beam-stroom van 5 nA. De e-bundel werd gefocusseerd tot een diameter van slechts 0,5-1,0 nm en de intensiteit was hoog genoeg om in minder dan een seconde gaten met een diameter van 1 nm in een Si NW met een diameter van 60 nm te boren. Figuur 1a is de originele Si NW, waarbij een 25 nm Au NW parallel is geplaatst als referentie bij het kantelen. Figuur 1b toont de acht nano-gaten op de Si NW gemaakt met de e-straal op nanoschaal in respectievelijk 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 en 8 s. De gaten hebben allemaal een vergelijkbare diameter:~ 1.0 nm. Figuur 1c, d toont zijaanzicht van de gaten voor hetzelfde Si NW nadat het monster in situ respectievelijk 10,0 ° en 20,0 ° is gekanteld. Je ziet dat na 1 s bestralen met de e-beam met een diameter van 0,5-1,0 nm, er een gat is geboord door het hele Si NW. Met toenemende bestralingsduur van 1 tot 8 s, worden de diameter van de opening aan de voorkant en de onderste opening beide groter, terwijl het centrale gebied van de doorgaande gaten een vergelijkbare diameter van 1 nm blijft, waardoor het lijkt alsof het niet verandert in het bovenaanzicht van Fig. 1b .

TEM-morfologiebeelden die acht 1-nm-gaten tonen die zijn geboord in een monokristallijn Si NW met een diameter van 60 nm. Dit wordt gedaan in respectievelijk 1-8 s, met een HIEB met een diameter van 0,5-1,0 nm van de huidige 5 nA in een 200 kV TEM. een De originele Si NW samen met een Au NW met een diameter van 25 nm (ziet er zwart uit op de afbeelding). b Een afbeelding nadat acht nanogaatjes zijn gemaakt door een HIEB. c , d Beelden van hetzelfde monster na in situ kantelen voor respectievelijk 10,0° en 20,0°

Het feit gepresenteerd in Fig. 1 was dat Si-atomen in het lokale brandpuntgebied onder de HIEB met een diameter van 1 nm volledig waren verdampt. Evenzo was zo'n HIEB met een diameter van 1 nm in staat om gaten te boren in een Au NW [8]. Een logische conclusie is dat de lokale temperatuur hoger moet zijn dan de kookpunten van de materialen, hier Si of Au. Zoals weergegeven in tabel 1 zijn de kookpunten 3173 K voor Si en 3081 K voor Au. In beide gevallen waren de lokale temperaturen onder een HIEB hoger dan 3000 K. Eerdere studies hebben aangetoond dat het smeltpunt van een nanomateriaal iets lager is dan dat van de bulk [43,44,45], maar met een grootte van 20– 100 nm, deze verlaging van het smeltpunt is naar verwachting niet opmerkelijk.

Hier, omdat de lokale temperatuur zo hoog was dat er geen methode van toepassing is om de werkelijke temperatuur direct te meten. Voor thermische contactsensoren was de lokale temperatuur hoger dan het smeltpunt of zelfs het kookpunt van de sensoren. Voor contactloze luminescentiemethoden was niet alleen de grootte van het lokale gebied te klein voor een optische vezel, maar het hele proces vond ook te snel plaats voor betrouwbare optische metingen.

De geschatte hoge lokale temperatuur van meer dan 3000 K kan ruzie veroorzaken. Men zou kunnen stellen dat in plaats van verdamping veroorzaakt door thermische verwarming, de verwijdering van lokale Si-atomen in de acht nano-gaten getoond in Fig. 1 werd veroorzaakt door het "knock-on-effect". Als het boren van nano-gaten met een HIEM echt een domino-effect was, en dan de flux van HIEM verminderen door de straaldiameter te vergroten, kan men op een lange tijdschaal continu de verwijdering van oppervlakte-atomen waarnemen. Maar wat wel werd waargenomen was de bestaande drempel voor de bundelintensiteit, lager dan welke, het boorproces in Si NW's, Au NW's, enz. niet kon worden uitgevoerd [8]. Aangezien de kinetische energie van elk elektron in een 200 kV TEM ongeveer 10 ⁻¹⁴ is J, die drie orden van grootte groter is dan de bindingsenergie per Si-atoom, hebben het verdampings- en klopeffect synergetische effecten in een "boor" -proces. Daarom, door het definiëren van de nominale lokale temperatuur als parameter die evenredig is met de gemiddelde kinetische energie van lokale deeltjes (hier Si-atomen), de nominale lokale temperaturen bij de acht gaten waren de gebieden echt hoger dan het kookpunt van Si.

Eerder werd gemeld dat wanneer de bundelstroomdichtheid in het bereik van 10 ^3-5 A/cm ² , kan een e-straal in een TEM worden toegepast om lokaal smelten in vrijstaande NW's, bijv. Au NW's, Cu NW's, enz. In minuten [8] te introduceren. De waargenomen smelteffecten gaven ondubbelzinnig aan dat de lokale temperaturen op deze metalen oppervlakken in het bereik van 1000-2000 K lagen, zoals vermeld in tabel 1.

In dit werk hebben we waargenomen dat wanneer de straalintensiteit hoog genoeg was en de bestralingstijd minuten duurde, e-stralen in een SEM ook een lokaal smelteffect konden induceren voor de afzetting van Pt- en Cr-dunne films op Si, zoals typisch weergegeven in Fig. 2 Van het SEM-beeld (Fig. 2a) en het Atomaire Kracht Microscoop (AFM) beeld (Fig. 2b) van hetzelfde monster na bestraling van een e-beam met hoge intensiteit in een SEM, ziet men gaten en uitsteeksels bij de junctiegebieden van twee Pt-Cr TFTC's (gemarkeerd met rode pijlen). De smelttemperaturen van Cr en Pt waren respectievelijk 2130 K en 2045 K. Onze experimentele resultaten impliceerden dat de lokale temperaturen van het oppervlak onder de bestraling van e-beam hoger waren dan de smelttemperaturen van deze metalen (~-2000 K) [46]. De uitsteeksels die zich voordeden aan de junctieranden op enkele microns afstand van de smeltgaten, werden waarschijnlijk gevormd door diffusie en accumulatie van de Pt- en Cr-atomen. We slaagden er echter niet in om de realtime lokale temperatuurwaarden te verkrijgen met dezelfde Pt-Cr TFTC-sensoren onder bestraling. In plaats van een lokale temperatuurtoename van 2000 K te laten zien, hebben we een verhoging van minder dan 100 K gemeten. Zoals later besproken, werd dit enorme verschil veroorzaakt door thermische dissipatie van het dikke Si-substraat en de grote omvang van de TFTC-sensor.

Lokale smelteffecten waargenomen in een SEM. een SEM-afbeelding van een Pt-Cr TFTC-arraymonster, met twee gaten (gemarkeerd met rode pijlen) werd gemaakt door e-beam-bestraling op de verbindingsgebieden van twee Pt-Cr TFTC-sensoren. b AFM-afbeelding van dezelfde twee knooppunten, met gedetailleerde 3D-informatie van de twee gaten. c Vier Pd-Cr TFTC-sensoren gemaakt op een 400 nm dikke, vrijstaande Si₃ N₄ dunne film venster. Twee TFTC's (gemarkeerd met witte pijlen) aan de linkerzijde van het venster werden verbrand met een gefocusseerde 785 nm-laser. d De overeenkomstige uitgangspiek van de Pd-Cr TFTC wanneer deze met de laser werd verbrand

Met de zorg voor de betrouwbaarheid van het apparaat voor meting bij hoge temperaturen, hebben we onze genoemde experimenten voorzien van hoogenergetische lasers, waarvan de warmte die op de kruising wordt gefocust voldoende is om de thermische dissipatie te compenseren. Afbeelding 2c toont onze Pd-Cr TFTC-apparaten gemaakt op een 400 nm dikke vrijstaande Si₃ N₄ dunne film venster. De Pd-Cr TFTC gemaakt met dezelfde procesparameter van Pt-Cr TFTC werd gebruikt om de medische laser te meten door onze teamgenoten, in plaats van Pt-Cr TFTC, en significante resultaten werden hier verwezen om de hoge temperatuurbetrouwbaarheid van dit type apparaat te bevestigen [47]. Met bestraling op het brandpunt van een 79 mW (vermogen), 785 nm (golflengte) laser gedurende 2 s, werden twee Pd-Cr-overgangen verbrand (gemarkeerd met witte pijlen). Ondertussen vertoonde het apparaat een uitgangspiek van bijna 50 mV. Door onze kalibratieresultaten te gebruiken die zijn verkregen bij kamertemperatuur die rond de 20 μV / K lag, vertegenwoordigt dit een nominale piektemperatuur van ~ -2400 K, zoals weergegeven in figuur 2d. Maar 2400 K is hoger dan het smeltpunt van de Pd-film, 1825 K. We schreven deze fout toe aan een veranderende Seebeck-coëfficiënt van Pd en Cr bij hoge temperaturen. Desalniettemin gaven onze resultaten aan dat onze TFTC-sensoren zijn gemaakt op Si₃ N₄ dunne-filmvensters waren geschikt voor het meten van lokale temperaturen tot een waarde dicht bij het smeltpunt van de metalen strepen, d.w.z. 1800 K.

De bovengrens van de lokale temperatuur T _max in een SEM werd ook onthuld met onze experimenten met het uitgloeien van [Mg-B]_N meerlagige dunne films. De resultaten toonden aan dat e-stralen met hoge intensiteit een faseovergang kunnen induceren in amorf [Mg-B]_N meerlagige dunne films binnen 1 s. Als resultaat werd een amorfe meerlaags gedeeltelijk omgezet in een MgB₂ supergeleidende fase [5,6,7]. Afbeelding 3 en Tabel 2 geven enkele typische resultaten weer. De voorloperfilms, aangeduid met [B(10 nm)/Mg(15 nm)]_{N = 4} , werden bereid met een totale dikte van 100 nm. De versnellingsspanning van de uitgloeiende e-bundel was 40 kV, met de bundelstromen van respectievelijk 9,9 mA, 10,7 mA en 12,8 mA. De SEM-afbeeldingen van de monsters lieten zien dat verschillende uitgloeistromen kunnen leiden tot verschillende ruwheden op het filmoppervlak, zoals weergegeven in figuur 3. Bij een monsteroppervlak van 10 × 10 μm ² , werd de RMS-ruwheid gemeten als respectievelijk 3,11 nm, 3,56 nm en 7,53 nm voor deze monsters. De supergeleidende overgangstemperaturen T _c van deze monsters bleken respectievelijk 35,1 K, 35,8 K en 36,3 K te zijn (tabel 2). Het impliceerde dat de gloeitemperatuur cruciaal was voor de verdamping van Mg, de diffusie in B-lagen en de reactiesnelheid met B. Een grotere stroom zou een hogere gloeitemperatuur kunnen veroorzaken, wat zou kunnen leiden tot een meer voldoende reactie. Volgens het fasediagram van MgB₂ , de minimaal vereiste temperatuur voor een faseovergang voor het vormen van supergeleidend MgB₂ was 900-1000 K. Daarom hadden de e-stralen lokale temperaturen veroorzaakt rond 900-1000 K, of zelfs hoger. Dit resultaat was consistent met de resultaten getoond in Fig. 2.

SEM-microfoto's van [B(10 nm)/Mg(15 nm)]_{N = 4} meerlagen op SiC-substraat gegloeid met HIEB in een SEM met de uitgloeistromen van a 0 mA, b 9,9 mA, c 10,7 mA en d respectievelijk 12,8 mA

Wanneer de intensiteit van een invallende e-beam verder wordt verminderd, of de bestralingsduur wordt verkort, veroorzaakt een e-beam een ​​meetbaar lokaal verwarmingseffect aan het oppervlak onder de bestraling. Afbeelding 4 geeft een reeks typische meetresultaten weer. Figuur 4a is een optische afbeelding voor een van de vier soorten TFTC-array-samples die in dit werk zijn ontwikkeld. Gemaakt op een 400 μm dikke SiO₂ /Si(100)-substraat, bestaat dit apparaat uit 24 identieke Pt-Cr TFTC's. De 24 knooppunten, elk met een oppervlakte van 5,0 × 5,0 μm ² , bereik in 4 rijen en maak een "kruis" -patroon in het midden van de afbeelding. Afbeelding 4b is een SEM-afbeelding die het midden van het apparaat toont, waar de helderdere stralen de Pt-strepen zijn en de donkerdere Cr-strepen.

Afbeeldingen TFTC-monsters in Si en de testresultaten. een Optische afbeelding van een TFTC-array op Si met een knooppuntgrootte van 5,0 × 5,0 μm ² . b SEM-afbeelding van het apparaatcentrum, met 24 sensorknooppunten. c Meetresultaten van lokale temperatuurverhoging met de TFTC's onder e-beam bestraling met verschillende versnellingsspanningen en bundelstromen

In figuur 4c worden enkele gemeten gegevens weergegeven. Ze zijn afkomstig van verschillende TFTC-sensoren onder e-beam-bestraling bij verschillende versnellingsspanningen van respectievelijk 10, 15, 20 en 25 kV, met toenemende bundelstromen. De diameter van de bundelvlek was vastgesteld op 1 m en de meettijd was vastgesteld op 30 s. Kalibratie-experimenten onthulden dat de gemiddelde gevoeligheid van Pt-Cr TFTC's 15,00 ± 0,29μV/K was, met een relatieve standaarddeviatie van 1,9%. Het laat zien dat de lokale temperatuurstijging lineair toeneemt met de invallende e-bundelstroom. Dit duidt op een lineair oppervlakteverwarmingseffect, dat het verwarmingsvermogen omgezet naar het lokale subjectoppervlak (hier de TFTC-junctie) evenredig was met de elektronenflux in de invallende e-bundel. Binnen de meetfout was het verwarmingsvermogen ook evenredig met de acceleratiespanning. Zoals we hierna zullen bespreken, waren de gemeten gegevens echter veel lager dan de exacte lokale temperatuurstijging in het midden van de e-beam.

Discussies

Gecentraliseerde verdeling van lokale temperaturen onder een e-Beam op nanoschaal

We merkten dat wanneer een NW werd bestraald met een e-straal op nanoschaal, het centrale gebied een veel hogere temperatuur had dan het restgebied. Figuur 5a toont een enkel kristallijn Si NW met vier nano-gaten geboord in TEM met een HIEB. De twee linker gaten, gemarkeerd met blauwe pijlen, hebben een diameter van 1,2-1,5 nm, en het zijn ondiepe gaten die niet door het NW dringen. De twee rechter gaten, gemarkeerd met rode pijlen, zijn doorgaande gaten met een diameter van respectievelijk 2,5 nm en 4,0 nm. Het is duidelijk aangetoond dat een nanoringgebied rond het gat een amorfe structuur vertoont, terwijl het resterende deel van het NW zijn oorspronkelijke kristallijne structuur behoudt. Het centrale gebied tussen twee aangrenzende gaten, dat slechts 2–4 nm verwijderd is van de rand van het gat, vertoont bijvoorbeeld heldere kristallijne perioden in twee richtingen.

Verdeling van lokale temperatuur onder bestraling van een e-beam op nanoschaal. een Een enkel kristallijn Si NW met vier nano-gaten geboord met een HIEB in TEM. Twee ondiepe gaten zijn gemarkeerd met blauwe pijlen en twee doorgaande gaten zijn gemarkeerd met rode pijlen. b Geschatte T (r ) functie voor de lokale temperatuur versus afstand tot het centrale punt

Dit fenomeen houdt in dat onder een nano-e-bundel het centrum van het bestraalde onderwerp de hoogste temperatuur heeft, en weg van dit centrum neemt de lokale temperatuur sterk af. Figuur 5b illustreert schematisch de aanname:De T (r ) functie is vergelijkbaar met een delta-functie, waarbij T is de lokale temperatuur en r is de afstand vanaf het middelpunt van de e-beam. We mogen ook aannemen dat wanneer de e-straal groter wordt, er een plateau is in het midden van de T (r ) curve, waar de lokale temperatuur verzadigt, en wanneer de bundeldiameter verder toeneemt, vergroot het plateau zijn verzadigingsgebied.

Naast de waarnemingen in TEM zoals typisch getoond in Fig. 4a, werd de bovenstaande aanname van lokale temperatuurverdeling kwalitatief getest met onze TFTC-arrays onder een zwakke e-straal in SEM. Figuur 6a is een front-side SEM-afbeelding voor een Pt-Cr TFTC-arrays gemaakt op een Si-wafer. In Fig. 6b presenteren we resultaten van een unieke meting. De gegevens werden verkregen onder de voorwaarde dat de e-beam was gefocusseerd om een ​​bundelgrootte van 1 μm te hebben, terwijl het brandpunt van de e-beam in situ werd verplaatst op de Pt- of Cr-stralen van elke Pt-Cr TFTC-sensor. De afstand van het brandpunt tot het TFTC-knooppuntgebied werd nauwkeurig gemeten. Bij deze experimentele opstelling gingen we ervan uit dat de lokale temperatuur van het brandpunt bijna hetzelfde was, terwijl de gemeten gegevens opmerkelijk verschilden naarmate de afstand veranderde. De resultaten toonden aan dat na een afstand van 1,5 mm van het knooppuntgebied het thermische effect veroorzaakt door de focale e-beam bijna verwaarloosbaar was.

Een TFTC-array en de meetresultaten. een SEM-afbeelding van een Pt-Cr TFTC-arraymonster op het vooroppervlak van een Si₃ N₄ /Si(100)/Si₃ N₄ wafeltje. De TFTC-array op het midden van het apparaat bestond uit 24 TFTC's, waarvan de junctiegrootte varieerde van 2,0 × 2,5 tot 8,0 × 8,5 μm ² . b Gemeten outputs van één TFTC-sensor wanneer een gefocusseerde e-bundel met een diameter van 1 micro werd uitgestraald op een plek van de twee metalen dunne-filmstrepen van de TFTC, namelijk Pt en Cr, op een bepaalde afstand tot het Pt-Cr-junctiegebied

Invloed van sensorgrootte en op de meetresultaten

We ontdekten dat de knooppuntgrootte van onze TFTC's een cruciale invloed had op de meetresultaten. Op een Si met 24 Pt-Cr TFTC's hadden de oorspronkelijke kruispunten een grootte van 5,0 × 5,0 μm ² . We hebben de techniek van de gefocusseerde ionenstraal (FIB) gebruikt om van sommige knooppunten een kleinere junctiegrootte van 1,0 × 1,0 μm ² te maken. , zoals getoond in Fig. 7a, b. Onder dezelfde bestraling van e-beams, de uitgangen genomen van de TFTC met een kleine junctiegrootte van 1,0 × 1,0 μm ² waren veel groter dan die met een knooppuntgrootte van 5,0 × 5,0 μm ² , zoals getoond in Fig. 7c. Bijvoorbeeld bestraald met een e-bema met een versnellingsspanning van 15 kV en een straalstroom van 113,3 nA, de TFTC met een junctiegrootte van 5,0 × 5,0 μm ² een lokale temperatuurverhoging van 35,0 K gemeten. Onder dezelfde omstandigheden werd een verhoging van 161,4 K gemeten door de TFTC met een knooppuntgrootte van 1,0 × 1,0 μm ² , vijf keer verbeterd. Nogmaals, het bevestigde dat de piekoppervlaktetemperatuur onder een e-straal op nanomicroschaal gelokaliseerd was in een zeer klein gebied.

SEM images of a TFTC array and its measurement results. een SEM image of a Pt-Cr TFTC array on thick Si wafer with identical original junction size of 5.0 × 5.0 μm ² . One junction (highlighted with a dashed yellow frame) was cut with FIB to a junction area of 1.0 × 1.0 μm ² . b SEM image of the FIB fabricated junction area in (a ). c Measured outputs from an original TFTC and the small junction TFTC under the same e-beam irradiation

Influence of Freestanding Si₃ N₄ Window on the Measurement Results

The substrate for our TFTC sensor plays an important role on the maximum local surface temperature of a subject under irradiation of nano-microscaled e-beams. When the substrate is thick, heat dissipated through the substrate may be much more than the local heat accumulates on the subject surface. As a result, the measured local temperature could be much lower than the possible T _max induced by the incident e-beam.

Generally, an incident nano-micro-scaled e-beam generates an amount of local heat, Q , at the surface of the subject under irradiation, which can be described by Q  = P ·Δt ·γ , waar P ·is the incident kinetic power, Δt is the time duration, and γ is the converting ratio. Ignoring the relativity effect, roughly P ·Δt ·γ = Ik ·V ·Δt ·γ , waar ik is the beam current, and V is the accelerating voltage. Some heat is expected to dissipate though the substrate, TFTC leads, and radiation. The remaining part causes increment of the local surface temperature that is measurable by the TFTC sensors. That is, Q  = Q _substrate + Q _lead + Q _radiation + Q _sensor , and Q _sensor = C ·ΔT + λ . Here, Q _substrate , Q _lead , and Q _radiation represent thermally dissipated heat through the substrate, sensor leads, and radiation effect, respectively. V _sensor corresponds to the remained heat measured by the sensor, C is the thermal capacity of the sensor junction, ΔT is the increment of local temperature as compared to the cold ends of TFTCs, and λ is the latent heat of phase transition. Our previous studies have shown that, under the irradiation of the same e-beams, the measured output from TFTC sensors made on freestanding Si₃ N₄ window was 10–30 times larger than that taken from the same sensors on thick Si wafers [40]. This factor of enhancement indicated that Q _substrate was much larger than Q _sensor .

We noted that the converting ratio γ , or referred as thermal efficiency value in some publications, depended very much on the average kinetic energy. The converting ratio γ of a welding electron beam with an accelerating voltage of 70 kV had been revealed in the range of 0.33–0.48, and it was found that this ration had little correlation with the weld geometry [48]. Experiments had manifested that under low energy high current pulsed electron beam (LEHCPEB) irradiation, a homogeneous layer had been formed on the surfaces of steels, which could improve the anti-corrosion properties of steels dramatically [49]. However, in our TEM experiments, the γ values were extremely lower than one unit by several orders of magnitude. The underlying physics need further investigation.

We summarize the results and discussions of this work in Fig. 8. Our experimental results taken from irradiation of high-intensity e-beams in either a TEM or a SEM were consistent with each other. A local surface T _max higher than 1800–2000 K was achievable in both TEM and SEM, as revealed by local meting phenomena observed in Au NWs, Cu NWs, Pt, and Cr thin film stripes. In TEM, since the nanomaterials investigated in this work were naturally freestanding, T _max higher than 3000 K was evaluated from the observed nano-drilling experiments on Si NWs and Au NWs. Local vaporization effects were induced in seconds by 1 nm diameter e-beams.

An illustration for the overall picture of the nominal local temperatures under irradiation of nano-/micro-scale e-beams. The gray oval indicates the comparison between small and large TFTCs on thick Si wafers. The yellow oval indicates the comparison between TFTCs on thick Si wafers and on freestanding Si₃ N₄ thin film windows. For T  > 1500 K, the data points are estimated values from morphology or phase change

We showed that TFTC on a freestanding Si₃ N₄ thin film window resulted in an enhanced sensitivity by a factor of 10–30 times, and we showed that a 1-μm-wide TFTC sensor had a sensitivity higher than that of a 5-μm-wide TFTC by a factor of five times. This is because thick substrate and wide leads both dissipated a large amount of local heat. For precise measurement of local surface temperature at the nano- and micro-scales, ideally one should fabricate TFTC sensors as small as possible, and make them on thermal isolation layers, such as freestanding Si₃ N₄ thin film windows or Parylene layers.

Conclusie

In summary, we investigated several approaches for the measurement and estimation of local surface temperature under irradiation of nano-micro-scale e-beams. E-beams of 10 ^5-6 A/cm ² could induce local vaporization of Si and Au in seconds, showing a temperature higher than 3000 K. E-beams with intensity of 10 ^3-4 A/cm ² could introduce local melting in Cr, Pt, and Pd thin film stripes; Au and Cu nanowires; and phase transition in Mg-B thin films, with a local temperature of 1000–2000 K. We demonstrated that TFTC arrays made on freestanding Si₃ N₄ windows worked well in detecting peaked temperature up to 1500 K or higher. By combining analysis techniques of surface morphology, electrical measurement, and TFTC sensors, we could estimate the local temperature in a wide range. We also discussed the distribution of surface temperatures under e-beams, thermal dissipation of thick substrate, and a small converting ratio from the high kinetic energy of e-beam to the surface heat.

The results are helpful for applications of e-beams, and may offer valuable clues for developing novel sensing techniques and evaluation methods for high temperatures in the range of 1500–3000 K.

Afkortingen

AFM:

Atoomkrachtmicroscoop

EELS:

Elektronenenergieverliesspectroscopie

FIB:

Gefocuste ionenstraal

HIEB:

High-intensity e-beam

LPCVD:

Low-pressure chemical vapor deposition

NW:

Nanodraad

SEM:

Scanning elektronenmicroscoop

STEM:

Scanning transmission electron microscope

TEM:

Transmissie elektronenmicroscoop

TFTC:

Thin film thermocouple

UHV:

Ultra-high vacuum