Microscopía Térmica IR | HI Rel Parts

El continuo desarrollo y aumento de dispositivos electrónicos integrados disminuye continuamente las distancias y dimensiones típicas de sus componentes elementales. La miniaturización se acompaña de problemas debidos a un calentamiento interno excesivo, en la medida en que es responsable de fallas críticas. Por ejemplo, la disipación inadecuada y la generación de calor pueden llevar a una movilidad reducida de los electrones. En circuitos integrados y otros sistemas microelectrónicos, la dimensión de los puntos calientes generados puede limitarse en el rango micrométrico o submicrométrico. Por lo tanto, tales singularidades térmicas se requieren para técnicas de diagnóstico avanzadas capaces de detectar gradientes de temperatura a escala microscópica.

¿Por qué IR Microscopía Térmica? 

La microscopía térmica IR (o termometría de radiación infrarroja) analiza la distribución espacial de la radiación infrarroja emitida sobre la superficie del dispositivo o, finalmente, dentro del dispositivo inspeccionado. Esta técnica nos permite obtener mapas de temperatura 2D, que se utilizan para detectar gradientes de temperatura y puntos calientes. Junto con la termometría Raman y la termorreflectancia térmica, constituye una de las principales técnicas sin contacto (métodos ópticos) para el análisis térmico. La termometría IR presenta varios otros beneficios:

  • Sin contacto.
  • La resolución de temperatura varía de 10 a 50 ° C dependiendo del equipo usado.
  • Mapas de temperatura transitorios y estáticos para identificación de puntos calientes.
  • Posibilidad de análisis interno.
  • Alta resolución espacial.
  • Vista general de área grande (del orden de).
  • Resolución del tiempo

Entre ellos, vale la pena rehacer la capacidad de realizar análisis masivos de objetos integrados de silicio. Esto es así gracias a la transparencia del silicio en las longitudes de onda del infrarrojo cercano.

Complementario a la termometría Raman. 

La microscopía de radiación IR es una técnica ventajosa para mapear la temperatura en áreas grandes y para la ubicación rápida de puntos calientes, que es el objetivo principal de este método cuando se aplica a circuitos integrados y componentes microelectrónicos. Aunque el método proporciona una temperatura y una resolución espacial más bajas en comparación con la termometría Raman, tiene un tiempo de adquisición más corto para registrar mapas de temperatura de campo completo. Todo esto hace que sean técnicas complementarias cuando se implementan en el mismo microscopio.

Caso práctico 

IR Thermal MicroscopyLa figura anterior compara una imagen óptica (a) y una imagen infrarroja (b) del mismo transistor desde la vista inferior. Este transistor es una estructura HFET de AlGaN / GaN con dos dedos 2×50. En la imagen térmica de la izquierda podemos distinguir tres áreas diferentes: (I) puntos calientes, (II) áreas cubiertas por contactos metálicos y (III) áreas sin contactos metálicos. El transistor en la imagen del sistema IR tiene una polarización de drenaje de fuente de 40 V y 25 mA. La imagen térmica muestra claramente que uno de los dedos está operativo (área roja a ≈ 114 ºC) y también muestra el calentamiento de las áreas recubiertas de metal (zonas verdes ≈ 60 ºC) en constante con las áreas no recubiertas que están aisladas térmicamente formar el punto caliente (zonas azules a temperatura ambiente).

Cómo funciona

El principio de operación de la microscopía térmica IR se basa en la detección de la radiación electromagnética emitida por cualquier organismo como resultado de sus características térmicas. El caso ideal para ilustrar este fenómeno es el cuerpo negro cuya radiación térmica total tiene la siguiente dependencia con la temperatura:

j = ε · σ · T4

Donde representa la radiación térmica total, es la emisividad del cuerpo, la temperatura y es la constante de Stefan-Boltzmann, siendo la radiación térmica total equivalente al área de debajo de cada curva en la figura  que se presenta a continuación.

La densidad de radiación depende de la temperatura y la longitud de onda, como puede verse en la siguiente figura. Por lo tanto, a la temperatura operativa de los dispositivos electrónicos y las temperaturas típicas de los puntos calientes (entre 300 y 600 K), la radiación electromagnética emitida por estos dispositivos se encuentra dentro del rango del infrarrojo cercano. Es por esta razón que se requieren detectores IR específicos y sistemas ópticos específicos para estas aplicaciones.

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