1.4 Temperature calibration

Temperature calibration of the heater can be done by measuring a current-voltage (IV) response curve of the heater. The resistance of the heater is plotted as a function of dissipated power. The temperature at which the maximum resistance occurs is a function of the silicon doping density and is known in the literature as inversion temperature (S6). We assume that all of the power dissipated in the cantilever contributes to the heating of the heater structure and that the temperature change of the heater is a linear function of the dissipated power. For the doping values used here, the maximum resistance occurs at 550°C, and the heater temperature can thus be calculated. For details, see (S7).

Градуировка температур может быть выполнена измерением вольт-амперной характеристики нагревателя. Сопротивление нагревателя строится как функция затраченной мощности. Температура при которой сопротивление максимально – функция уровня легирования кремния и в литературе известна как инверсная температура. Мы подразумеваем что вся мощность, рассеиваемая на кантиливере вносит вклад в нагрев структуры нагревателя и изменение температуры нагревателя – линейная функция рассеиваемой мощности. Для значений уровней легирования использованных здесь, максимальное сопротивление при 550С, и таким образом может быть вычислена температура нагревателя. Детали увидишь в рис.7

The temperature of the resist in contact with the tip is a complex function of the tip geometry, and depends on the heat resistance of the tip, the resistance of the interface between tip and resist and the resist's heat-spreading resistance, including the underlying substrate in the case of a thin resist film (< 100 nm). In particular it depends on the contact radius and the opening angle of the tip (20-50 degrees for our tips). Details can be found in (S7). In addition, the influence of the substrate plays a role if the thickness of the film approaches the contact radius of the tip, that is on the order of 10-20 nm (S8). In this case, more heat has to be delivered to the tip in order to yield a similar temperature increase in the organic film. This effect, however, is not relevant for our experiments, since either a thick film (100 nm) or a thin film on a polymer/SiO2 stack is used. The polymer layer serves a thermal isolation layer, therefore the temperature increase in the thin film on top of the stack is expected to be similar to that of a thick molecular glass film (we may safely disregard the thermal conduction in the thin SiOx layer). In the text, we refer always to the heater temperatures, which is an experimentally well defined parameter.

Температура резиста в контакте с иглой это комплексная функция геметрии иглы, и зависит от температурного сопротивления иглы, сопротивления соединения игла-резист и сопротивления связанного с распределнием тепла на резисте, включая подложку в случае тонких плёнок резиста (<100нм). В частности, сопротивление зависит от контактного радиуса(радиуса кривизны) иглы и угла раскрытия иглы (20-50 град. Для наших игл). Детали могут быть найдены на рис7. Так же, влияние подложки играет роль когда толщина плёнки подходит к контактному радиусу иглы, который порядка 10-20 нм. В этом случае, больше тепла должно быть доставлено к игле чтобы получить аналогичное повышение температуры в органической плёнке. Однако, этот эффект не имеет значения в наших экспериментах, так как плёнка толстая (100нм) или используется тонкая плёнка структуры полимер-оксид кремния. Полимерный слой выступает как темоизоляционный слой, поэтому температурный рост в тонкой плёнке в верху структуры ожидается таким же как и в толстой плёнке молекулярного стекла(мы можем спокойно пренебречь теплопроводностью в тонком м слое оксидов кремния). В тексте мы всегда говорим температуры нагревателя, которые являются экспериментально хорошо определяемыми параметрами.