Исследователи создали бесконтактный способ измерения температуры микроэлектронных устройств, основанный на изменении свечения «термометра» при нагреве. В качестве «термометров» использовались наночастицы с ионами редкоземельных металлов эрбия и иттербия. Эти материалы эффективно регистрировали температуру в диапазоне 25‑110 °C с погрешностью 0,9 °C, что обеспечивает необходимую точность для таких устройств. Это открывает новые возможности для применения в микроэлектронике и медицине, позволяя точно и бесконтактно измерять температуру микросхем и живых клеток. Исследование получило поддержку гранта Российского научного фонда (РНФ).
Контактные методы измерения температуры не подходят для микроэлектроники из‑за своих ограничений. Они создают помехи и повреждают структуру микросхем. Бесконтактная люминесцентная термометрия предлагает альтернативное решение. Люминесцентные датчики регистрируют тепло, испускаемое микросхемой, и меняют свое свечение в ответ на изменения температуры. Это позволяет быстро и точно измерять нагрев маленьких объектов без их повреждения. Однако для оптимальной работы таких датчиков требуется подобрать подходящий состав материалов.
Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого и Южного медицинского университета (Китай) разработали люминесцентные термометры на основе оксидов редкоземельных элементов с ионами эрбия и иттербия. Эти элементы заметно меняют свечение даже при небольшом нагреве. Синтезированные образцы проявляли интенсивную люминесценцию при изменении температуры.
Исследователи сравнили два метода термометрии с использованием наночастиц: вторичную и первичную. Вторичная термометрия предполагает предварительное определение зависимости между свечением датчика и температурой, на основе которой рассчитываются эталонные значения. Первичная термометрия основана на физических законах и позволяет рассчитывать температуру напрямую. Разработанный материал оказался подходящим для обоих методов в диапазоне 25‑110 °C.
Ученые провели эксперимент на графическом процессоре видеокарты, нанеся на его поверхность тонкий слой разработанного материала. Изменяя нагрузку на процессор, исследователи дистанционно следили за его нагревом. Результаты показали высокую надежность метода: данные люминесцентной термометрии совпали с показаниями тепловизора с погрешностью 1‑2 °C. В режиме первичной термометрии с инфракрасным возбуждением погрешность составила около 0,9 °C.
Руководитель проекта Илья Колесников, доктор физико-математических наук и научный сотрудник кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения Института химии Санкт-Петербургского государственного университета, отметил: «Наши датчики оказались эффективными тепловыми сенсорами в важном для микроэлектроники диапазоне температур. Они позволяют дистанционно измерять температуру электронных компонентов с высокой чувствительностью. Мы планируем повысить надежность и точность измерений путем анализа нескольких температурно-зависимых люминесцентных параметров».
Источник: inscience.news
распечатать статью
