[發(fā)明專利]透射電鏡樣品承載裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210480016.8
• 申請(qǐng)日: 2012-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN102983049A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許婷婷;陳清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01J37/20
• 分類號(hào): H01J37/20;H01J37/26
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 邵可聲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種物理裝置，具體涉及一種透射電鏡樣品承載裝置，可用于實(shí)現(xiàn)在透射電鏡中原位測(cè)量納米電子器件。

背景技術(shù)

和宏觀材料相比，納米材料具有很小的尺寸和很大的表面積體積比，展現(xiàn)出了獨(dú)特的量子效應(yīng)和表面效應(yīng)，尤其是一維或準(zhǔn)一維納米材料的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使它在構(gòu)建納米器件方面具有非常大的潛在優(yōu)勢(shì)。納電子器件正成為解決傳統(tǒng)微電子器件尺寸縮小極限問題的一個(gè)重要突破口；納米器件在高性能光電器件、傳感器和各種新原理、新功能器件方面的研究工作也不斷取得重要成果。納米器件的性能直接受到納米材料本身的結(jié)構(gòu)和性能、納米材料與電極和介質(zhì)層的接觸等因素影響。但是由于生長(zhǎng)的納米材料個(gè)體差異較大、納米材料與電極和介質(zhì)層的接觸也很難做到完全相同，嚴(yán)重影響了納米器件性能的穩(wěn)定，制約了納米器件的研究和應(yīng)用。了解納米器件的性能和結(jié)構(gòu)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系是解決這個(gè)問題的一個(gè)關(guān)鍵。透射電子顯微鏡是研究材料微觀結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大工具，將原位探針技術(shù)與透射電鏡結(jié)合可將人類的眼睛和手同時(shí)伸展到了納米尺度。目前，透射電子顯微鏡中的原位技術(shù)已能將納米材料的結(jié)構(gòu)與其力學(xué)和電學(xué)性能結(jié)合起來。如果能在透射電鏡中研究納米器件，不但能將納米器件的性能和結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)起來，而且能夠在改變納米器件中的納米材料結(jié)構(gòu)和接觸情況的同時(shí)觀察納米器件性能的改變，這將為納米器件的制備和性能研究提供重要參考，這是納米器件和透射表征領(lǐng)域的一個(gè)重大突破。在現(xiàn)有商業(yè)化的TEM-STM探針臺(tái)中，用于裝樣品的一端是中空細(xì)管，只能把樣品放在直徑在0.4mm左右的細(xì)絲上，限制了探針臺(tái)的更進(jìn)一步應(yīng)用。納米器件的原位工作對(duì)透射電鏡探針臺(tái)提出了更高的要求，它要求納米器件懸空并且納米器件在納米探針能接觸到的范圍之內(nèi)。在普通透射電鏡樣品臺(tái)（非探針臺(tái)）上的納米器件研究工作已經(jīng)陸續(xù)展開。在文章K.Liu,W.Wang,Z.Xu,X.Bai,E.Wang,Y.Yao,J.Zhang?and?Z.Liu,Journal?of?theAmerican?Chemical?Society，2008,131,62-63.中作者只能先在透射電鏡中觀察納米器件中納米材料的結(jié)構(gòu)然后在透射電鏡外測(cè)試納米器件的性能，不能實(shí)時(shí)地將結(jié)構(gòu)和性能對(duì)應(yīng)起來。在文章H.Wang,J.Luo,F.M.H.Rümmeli,G.A.D.Briggs?and?J.H.Warner,Nanotechnology，2011,22,245305.中作者通過在硅片上制作氮化硅透明窗口將納米器件的性能和結(jié)構(gòu)在普通透射電鏡樣品臺(tái)上（非探針臺(tái)）對(duì)應(yīng)起來。但這種結(jié)構(gòu)對(duì)硅片加工工藝的要求很高，對(duì)設(shè)備的要求也很高，且會(huì)影響獲得樣品的高分辨率結(jié)構(gòu)信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有測(cè)量方法的缺陷，提供一種能承載納米電子器件并和商用透射電子顯微鏡探針臺(tái)兼容的承載裝置。該裝置能夠跟目前商業(yè)化的TEM-STM探針臺(tái)連接牢固，保證不影響透射電鏡的分辨率，能夠承載器件，并具備和器件相連接的金屬電極，允許利用探針對(duì)納米器件中的納米材料進(jìn)行修飾。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種透射電鏡樣品承載裝置，該裝置主要包括承載部分、金屬電極。承載部分用來承載納米器件基片，一側(cè)開有通孔，可透3mm×3mm以內(nèi)、100%的電子束，使電子束能穿過通孔打到納電器件基片上的樣品上，同時(shí)，檢測(cè)探針也可以從通孔處方便地移至樣品邊緣對(duì)樣品進(jìn)行彎曲、修飾、改變接觸等操作；通孔的中心位置應(yīng)該靠近透射電子顯微鏡的視場(chǎng)中心，最大程度滿足樣品臺(tái)在X、Y、Z三個(gè)方向的視場(chǎng)范圍。金屬電極是用來連接納米器件和外部測(cè)量設(shè)備的，設(shè)置在承載部分的另一側(cè)和/或上/下側(cè)，個(gè)數(shù)設(shè)置為2個(gè)及以上，可以為2個(gè)或3個(gè)或4個(gè)等。

為使本發(fā)明的裝置在承載樣品基片時(shí)更加穩(wěn)固，在承載部分還設(shè)置了卡槽和凸起結(jié)構(gòu)。卡槽位于承載部分的中部，樣品基片插入卡槽，上、下及單側(cè)固定，樣品基片的四周位于承載部分的邊緣，基片上的樣品位于通孔中央范圍；凸起結(jié)構(gòu)位于承載部分上與通孔和金屬電極所在側(cè)相鄰的兩側(cè)，與承載部分固定連接（通常為一體化設(shè)計(jì)或者粘接而成）。卡槽的厚度和納電器件基片厚度相當(dāng)，截面形狀可以是楔形或長(zhǎng)方形，可以承載大小3mm×3mm以內(nèi)，厚度在500um內(nèi)的樣品；凸起結(jié)構(gòu)的尺寸與樣品臺(tái)相匹配。

此外，在承接部分的底部及相鄰的兩側(cè)面有和樣品臺(tái)連接的金屬片或金屬層，金屬片或金屬層可以通過蒸鍍或粘貼到承接部分上，用于防止靜電積累。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1.本發(fā)明裝置可以承載大小和微柵大小相當(dāng)，厚度在500um內(nèi)的樣品，相比起現(xiàn)有技術(shù)只能把樣品放在直徑在0.4mm左右的細(xì)絲上，大大拓展了探針臺(tái)的應(yīng)用。