Ученые создали бесконтактный способ измерения температуры микроэлектронных устройств: «термометром» служат наночастицы с ионами редкоземельных металлов (эрбия и иттербия) — они меняют свечение при нагреве. Материалы точно измеряют температуру в диапазоне 25−110 °C с погрешностью 0,9 °C. Как рассказала порталу Наука Mail пресс-служба РНФ, это позволит применять их в микроэлектронике и медицине — для измерения температуры микросхем и живых клеток. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Applied Materials Today.
Традиционные контактные методы измерения температуры не подходят для микроэлектроники: датчики крупнее элементов микросхем и неустойчивы к электромагнитным помехам. Альтернативой может быть бесконтактная люминесцентная термометрия: датчики улавливают тепло от элемента микросхемы и меняют свечение, что позволяет быстро и без повреждений измерить нагрев очень маленьких объектов. Однако оптимальный состав таких датчиков еще не подобран.
Ученые из СПбГУ, СПбПУ Петра Великого и Южного медицинского университета (Китай) предложили использовать для люминесцентных термометров оксиды редкоземельных элементов, модифицированные ионами эрбия и иттербия. Эти элементы заметно меняют свечение даже при небольшом нагреве, а синтезированные образцы проявляли интенсивную люминесценцию как при повышении, так и при понижении температуры.
Авторы сравнили два способа термометрии с использованием синтезированных наночастиц. Вторичная термометрия — классический метод: сначала определяют зависимость между свечением датчика и температурой, затем опираются на эти эталонные значения. Первичная термометрия сложнее — температура рассчитывается по физическим законам. Разработанный материал подошел для обоих методов в диапазоне 25−110 °C.
Ученые проверили его на графическом процессоре видеокарты: нанесли тонкий слой материала на чип и дистанционно следили за нагревом при разной нагрузке. Результаты подтвердили надежность метода: данные люминесцентной термометрии совпали с показаниями тепловизора с погрешностью 1−2 °C, а в режиме первичной термометрии с инфракрасным возбуждением ошибка составила около 0,9 °C.
Предложенные нами датчики оказались достаточно эффективными тепловыми сенсорами, работающими в температурном диапазоне, важном для задач микроэлектроники. Они позволят дистанционно измерять температуру электронных компонентов с высокой чувствительностью. В дальнейшем мы планируем повысить надежность и точность измерения температуры с помощью одновременного анализа нескольких температурно-зависимых люминесцентных параметров.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что в России предложили универсальный метод предсказания свойств сложных кристаллов.
