Measurement of temperature and thermophysical properties of the materials is important in order to understand phenomena around miniaturized materials, components and systems (i.e., graphene, nanotubes, transistors, semiconductor devices, light-emitting-diodes, etc.) that are widely used in science and applications and to analyze the failure mechanisms of electronic devices such as memory and display devices due to heat. Therefore, in this thesis, we have accurately measured temperature of various materials and micro/nano structures by combining thermoreflectance and temperature sensitive paints (TSP) with an optical microscope and an atomic force microscope (AFM). Especially, we have proposed a novel thermometry through the combination of thermoreflectance and AFM, and local temperature measurement of micro/nano structures becomes possible. Thermoreflectance method is a thermometry based on the fact that optical reflection from a solid surface varies with temperature due to changes of the dielectric function. Thermoreflectance technique allows temperature measurements in a variety of materials and structures. By measuring the reflectance of an sample using a laser, temperature of the sample can be extracted. In this study, by taking into account the size of the focused laser beam and the width of the sample, it is possible to determine the absolute temperature of a local region of the heater from the measured reflectance during the scanning, even though the width of the heater line is only 39% of the size of the laser beam. Furthermore, we present a novel technique, which enables simultaneous measurement of temperature and topography of nano-structures without using a complicated probe. We exploit a conventional AFM commonly used for topography measurement without any modifications on the probe nor extra accessories for data acquisition and measure local temperature of micro/nano structures with less than 50 nm spatial resolution. Also, in this thesis, temperature sensitive paints are deposited unformly on micro/nano structures and the 2-D temperature distribution of micro/nano structures can be quantitatively measured through an optical microscope as a non-contact thermometry.
과학 및 공학 분야에서 많이 활용되고 있는 소형화된 재료, 부품 및 시스템 (즉, 그래핀, 나노튜브, 트렌지스터, 반도체 소자, 발광다이오드 등)의 열적 특성을 이해하고 전자 소자에서 열로 인한 불량 원인을 분석하기 위해서는 마이크로/나노 구조물의 온도 및 열물성을 측정하는 것이 중요하다. 따라서 본 논문에서는 열반사율과 온도감응페인트를 광학현미경 및 원자힘현미경과 결합하여 다양한 형태의 재료 및 마이크로/나노 구조에서의 온도를 정량적으로 측정하였을 뿐만 아니라 열반사율과 원자힘현미경과의 결합을 통해서 새로운 온도 측정 방법을 제안하였고 이를 통해 마이크로/나노 구조물에서 국부 온도를 측정을 수행하였다. 열반사율이란 물질의 온도에 따라서 반사율이 달라지는 현상을 말하는데, 이를 통해 특정 파장의 레이저를 마이크로/나노 구조물의 조사하여 구조물의 반사율을 측정하고 변화된 반사율을 통해서 온도로 변환할 수 있다. 본 연구에서는 열반사율로 정량적인 온도 측정 하기 위한 다양한 조건들을 분석하였고, 레이저 빔을 대상물에 스캔하여 빔 지름에 비하여 39%에 불과하는 작은 구조물의 정량적인 국부 온도를 측정하였다. 더 나아가 추가적인 장치 없이 원자힘현미경과 열반사율 방법을 결합하여 본 논문에서 마이크로/나노 구조물에서 온도와 형상을 동시에 측정하는 새로운 방법을 제안하였다. 이 새로운 온도 측정법을 이용하여 기존 원자힘현미경을 그대로 사용하여 50 nm 이하의 공간 분해능을 가지는 국소 부위 온도 측정을 수행할 수 있었다. 마지막으로 온도감응페인트를 마이크로/나노 구조물에 얇게 도포하고 광학현미경을 통해서 비접촉 방법으로 마이크로/나노 구조물의 2차원 온도 분포를 정량적으로 측정할 수 있었다
