[發明專利]一種用于掃描探針顯微鏡的探針夾持裝置

有效

• 申請號: 201710373940.9
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107132379B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 王保敏;盛萍;楊華禮;魏加峰;陳斌;李潤偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: G01Q70/02
• 分類號: G01Q70/02
• 代理公司: 寧波元為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

本發明提供了一種用于掃描探針顯微鏡的探針夾持裝置，包括電路主板、探針定位塊，以及用于將探針固定在探針定位塊上的夾具。該探針夾持裝置不僅能夠將探針固定在掃描器上，而且能夠同時探測材料的熱學信號和電學信號，實現原位同步實時的電?熱成像，實現原位同步動態地觀察材料的溫度與熱導分布、導電疇結構及其動態演化過程。

技術領域

本發明涉及微/納尺度下信號檢測領域，尤其是涉及一種用于掃描探針顯微鏡的探針夾持裝置。

背景技術

微/納器件的發熱與散熱問題是目前制約電子器件穩定性和集成度的一個重要瓶頸。在微/納尺度下研究材料的熱學性質，理解發熱和散熱的物理過程已經引起人們關注，并逐步發展成為一個新的學科——微/納尺度熱科學。

在使役條件下，材料的發熱與散熱過程通常與材料的微觀結構以及疇結構(包括磁疇結構、鐵電/壓電疇結構、導電疇結構等)密切相關。以阻變材料為例，在電場的作用下，由于離子輸運或電化學反應過程導致形成導電區域或導電絲，由于導電疇或導電絲的局域焦耳熱效應會導致電阻態的切換。所以理解導電疇/導電絲結構與熱分布之間的關聯，對控制導電絲的形成過程，提高阻變存儲器件的電阻參數的一致和穩定性至關重要。可見，為了降低磁電器的功耗，提高穩定性和集成度，研究微區發熱與導電過程與微觀機制非常重要。所以如果能夠在微區內原位同步實現地表征電學性質和熱學性質，研究導電疇結構與微區溫度以及熱導之間的關聯，對于理解微/納尺度的器件的微區發熱與散熱的物理機制，降低器件發熱、提高器件的散熱能力和集成度具有重要的意義。

到目前為止，盡管人們已經發展了基于掃描探針顯微鏡的微區熱成像技術，但是只能夠單一地獲得熱學信息，尚不能原位同步實時獲得其他物性信息，比如鐵電/壓電疇結構、導電疇結構等，無法進行電-熱耦合成像，因而限制了對材料中發熱與散熱的物理機制的深入理解。

發明內容

本發明提出一種用于掃描探針顯微鏡的探針夾持裝置，該探針夾持裝置不僅能夠將探針固定在掃描器上，而且能夠同時探測材料的熱學信號和電學信號，實現原位同步實時的電-熱成像，實現原位同步動態地觀察材料的溫度與熱導分布、導電疇結構及其動態演化過程。

探針通過所述的探針夾持裝置固定在掃描器上，掃描器帶動探針產生與樣品之間的相對位移，

針對以上局限性，本發明提出一種新型電-熱多參量耦合掃描探針顯微鏡探針的夾持裝置的設計，用來夾持能夠同時探測熱學信號和電學信號的探針，實現原位同步實時的電-熱成像，進而，在原位施加電場、溫度場裝置，可以模擬實際使役環境，實現在多重場的激勵或作用下原位同步動態地觀察材料的溫度與熱導分布、導電疇結構及其動態演化過程，可以原位直觀地研究材料的熱電之間的耦合規律和機制。

本發明的技術方案如下：

一種用于掃描探針顯微鏡的探針夾持裝置，探針通過所述的探針夾持裝置固定在掃描器上，掃描器帶動探針產生與待測樣品之間的相對位移，所述的探針具有導電性與導熱性，用于探測電、熱信號；

所述的探針夾持裝置包括電路主板、探針定位塊，以及用于將探針固定在探針定位塊上的夾具；

所述的探針定位塊位于電路主板上；電路主板與掃描器之間電連通，探針定位塊與掃描器之間電連通；激勵信號源一激勵電信號，該電信號流入探針、樣品，大地，形成電回路，經采集分析得到樣品的電信號；

所述的夾具包括與探針相接觸的夾片；激勵信號源二的正負極通過夾片上的兩條電引線與探針形成熱學回路，即，激勵信號源二激勵電信號流經探針上下表面，探針與樣品接觸時進行熱交換，使熱學回路中的電信號發生變化，經采集分析得到樣品的熱信號。

作為一種實現方式，掃描器通過插針、插孔的插合方式與電路主板上的信號線纜實現電連接。