A medida que la longitud típica en los circuitos integrados disminuye, la gestión térmica se está convirtiendo en un factor clave que determina la confiabilidad y la vida útil de dichos sistemas. Además, los objetos micrométricos y submicrométricos en los circuitos integrados modifican el transporte de calor local y pueden llevar a la formación de puntos calientes involuntarios. Por lo tanto, la medición precisa de la temperatura local con resolución espacial micrométrica es crucial para confirmar el funcionamiento adecuado de los sistemas altamente integrados.
¿Por qué la termometría Raman?
La termometría Raman es una técnica de caracterización térmica que utiliza los fenómenos de dispersión Raman para determinar la temperatura local en los sistemas microelectrónicos.
Carácter sin contacto.
- Alta resolución espacial (escala submicrométrica).
- Análisis en profundidad en muestras transparentes IR.
- Tiempo de adquisición rápido, 10 ms a 1 s de exposición para adquirir un espectro Raman completo.
- Resolución temporal tan corta como cientos de nanosegundos en sistemas dedicados
Gracias a estas ventajas, la termometría Raman se usa comúnmente para estudiar dispositivos semiconductores, polímeros, baterías, ciencias de la vida y más.
Diagrama de Procesos de Dispersión Raman
En su faceta espectroscópica, las técnicas de Raman se utilizan ampliamente para la identificación de compuestos químicos, así como para la caracterización de la estructura de enlace y la estructura de estado sólido de los materiales investigados. Por otro lado, la microscopía Raman ha demostrado ser una herramienta útil para determinar la temperatura local en sistemas heterogéneos. En el enfoque más común para esta aplicación, los picos de Stokes y Anti-Stokes están registrados y sus intensidades relativas (IS e IAS) están correlacionadas con la temperatura local del punto de iluminación según la siguiente ecuación en el caso de semiconductores de estado sólido; donde están y son las frecuencias de los modos Stokes y Anti-Stokes, y es la frecuencia del fonón generado / aniquilado.
Aplicaciones prácticas
Las imágenes térmicas Raman de circuitos integrados u otros dispositivos microelectrónicos proporcionan información útil sobre los gradientes de temperatura. Las imágenes a continuación muestran los mapas térmicos adquiridos por termometría Raman en el caso de HFET AlGaN / GaN al aplicar 40 V (VSD) e ISD = 25 mA. Los mapas térmicos de Raman se registran a diferentes profundidades; en la capa de GaN (a la izquierda) y en la capa de SiC (abajo a la derecha). La figura ilustra la formación de un punto caliente debajo de la región entre la ganancia y el drenaje que afecta en menor medida a la distribución de temperatura dentro de la capa inferior de SiC.
TRANSACCIÓN IEEE EN DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS 0018-9383
Mapa de temperatura Raman de capas de GaN y SiC en sistemas operativos HFETs
Aunque la técnica generalmente se aplica al mapeo de temperatura en estado estable, también se usa eventualmente para caracterizar las temperaturas en estado transitorio durante la operación de pulso. La termografía Raman resuelta en el tiempo se puede usar para medir transitorios de temperatura con una resolución temporal de nanosegundos.
TRANSACCIÓN IEEE EN DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS 1530-4388
Termografía Raman resuelta en el tiempo en un área localizada con HEMT de 125 micrones
La figura muestra la respuesta térmica transitoria de un HEMT de GaN-sobre-SiC medido utilizando termografía Raman resuelta en el tiempo. Se muestra que hay un pico de alta temperatura entre la compuerta y el drenaje que conduce a la formación de puntos calientes de estado estable.
Cómo funciona
La termometría Raman se basa en la dispersión inelástica que experimenta una minoría de los fonones IR cuando inciden sobre un material con la energía adecuada para interactuar con los niveles cuantificados de vibración de la red (fonones). Como se ilustra en la figura durante esto, se genera un “estado virtual” inestable y un fotón se somete inmediatamente a una trama elástica o inelástica (Raman). En turnos, dentro de la dispersión Raman podemos distinguir entre dos fenómenos, i) la dispersión Stokes Raman cuando el fotón remitido tiene una energía amante que el rayo incidente y (generación de fonones) ii) la dispersión Raman Anti-Stokes en la que el fotón absorbido forma la energía El sistema (aniquilación de fonones).
Since 2007 Dr Aparicio has developed a productive research career within the field of Materials Science including post-doctoral stays at the University of Trento, the University of Mons, and the Spanish National Research Council (CSIC). His researches have been published in more than 30 articles in reputed international research journals and conferences (> 70) including more than 10 invited talks and lectures.
Within the frame of the programme “Torres Quevedo” for the Knowledge Transfer and the incorporation of research talent into the industry, in 2019 he joined Alter Technology as Senior Materials Science Test Engineer. In 2019 he was appointed to lead the Scanning Acoustic Microscopy Service. Within this framework, he currently collaborates in different ESA projects (JUICE and PLATO).”
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