[发明专利]以高分辨率感测显微电子器件和生物体中的温度和温度分布

说明书

本发明涉及一种以＜1μm的分辨率测量物体中的温度和/或温度分 布的方法以及用于实施该方法的装置，更特别是涉及一种用于实施该方 法的显微镜。

例如在生物体检查或在制造半导体及其它电子器件中，对于微观目 标的精确测量和高速热瞬态记录是关键的。在集成电路的热管理中，在 工作中的电子器件的温度和/或温度分布的测量是重要的。更重要的是， 这种测量应当给出关于了解器件物理学的信息，然后该信息可促进优化 过程。在过去，已经有致力于模型化以及有工作器件中空间及瞬时温度 分布的实验记录，迄今为止报道的两种光学记录方法是红外线热显微镜 和光发射显微镜与拉曼光谱显微镜的组合(G.Albright，J.Stump，C.Li， Quantum Focus Ins.Corp.and H.Kaplan，Honeyhill Technical Company， Highlights，2006；T.Fuyuki，K.Kitajima，H.Yano，T.Hatayama，Y.Uraoka， S.Hashimoto，Y.Morita，Thin Solid Films 487，216-220，2005；Y.Uraoka， K.Kitajima，H.Kirimura，H.Yano，T.Hatayama，T.Fuyuki，Japanese Journal of Applied Physics 44，2895-2901，2005；S.Inoue，M.Kimura，T. Shimoda，Japanese Journal of Applied Physics 42，1168-1172，2003；A. Sarua，H.Li，M.Kubal，M.J.Uren，T.Martin，K.P.Hilton，R.S.Balmer， CS Mantech，Apr.24-27，2006，Vancouver，British Columbia，Canada；J.W. Pomeroy，M.Kubal，M.J.Uren，K.P.Hilton，R.S.Balmer，T.Martin， Applied Physics Letters 88，023507，2006)。

所报道的这些方法没有一个能够达到在全部三维即x、y和z方向 上的高物理空间分辨率与快速检测和高温分辨率的组合。典型地，在先 前技术中在x，y-平面上焦点对准所达到的分辨率在1-10μm范围内，而 在z方向，即沿着光程对于给定目标的分辨率是x-y分辨率的两倍。

因此，本发明的一个目的是提供一种以高空间和瞬时分辨率测量温 度和/或温度分布的方法和装置。更特别是，本发明的一个目的是提供 x-y分辨率≤300nm并且z-分辨率为10-40nm的测量温度和/或温度分 布的方法和装置。

所有这些目的都通过以＜1μm的分辨率测量物体例如电子器件或 生物体中的温度和/或温度分布的方法而得到了解决，所述方法包括以下 步骤：

a)提供物体，

b)在待测量温度和/或温度分布的所述物体或所述物体的部分表面 上施加温度计层，所述温度计层包括基体和具有温度依赖性的发射特性 的分子温度计，所述分子温度计被埋入所述的基体中，所述温度计层的 厚度≤40nm，，优选为10nm-40nm，

c)提供具有光源、第一探测器、第二探测器以及用于接收并扫描待 检查样品的显微镜载物台，

d)将所述物体放置在所述显微镜载物台上并利用所述光源光激发所 述的分子温度计，

e)通过采用所述第一和第二探测器测量发光强度比来测量来自所述 光激发的分子温度计的射线发射，其中所述发光强度比是在第一和第二 波长处的发光强度的比值，其中分别使用所述第一和第二探测器来测量 在所述第一和第二波长处的发光强度，

f)基于所述测量的发光强度比来确定温度和/或温度分布。

在一种实施方式中，所述显微镜是共焦显微镜或受激发射损耗 (STED)显微镜。

在一种实施方式中，所述分子温度计选自金属卟啉、对于＞1％的激 发单重态、优选＞50％的激发单重态、更优选＞90％的激发单重态，在光 激发下发生系间窜越的其它分子(例如含溴的分子)以及在其结构中具 有例如Ir、Pt、Ru或Pd或其它如Zn、Fe、Au、Ag等并且对于＞1％的 激发单重态、优选＞50％的激发单重态、更优选＞90％的激发单重态在光 激发下发生系间窜越的金属有机分子。