[實用新型]一種直流至微波頻率的透射電鏡原位高頻電學測試芯片

有效

• 申請號: 201821991580.5
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN209495985U
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 車仁超;趙雪冰;張捷
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N23/22
• 分類號: G01N23/22
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本實用新型屬于電子顯微鏡測試技術領域，具體為一種直流至微波頻率的透射電鏡原位高頻電學測試芯片，包括硅基片和絕緣層，以及在硅基片正面絕緣層上的金屬電路；所述金屬電路至少包含兩個金屬電極，分別用于接地和信號輸入；金屬電極靠近樣品一側用50–75Ω的并聯電阻相連，以實現與微波信號輸入端的阻抗匹配；正面絕緣層總厚度1.5–5.0μm，使得電極與硅片的寄生電容小于1pF；金屬電極延伸至用于放置樣品的窗口上或窗口外0–20μm；信號輸入電極近樣品端引出有測量電極，用于信號的原位測量。采用本實用新型的透射電鏡原位測試芯片，可以實現0–6GHz內的任意波形信號下的原位測試，拓展了原位電鏡的應用范圍。

技術領域

本實用新型屬于電子顯微鏡測試技術領域，具體涉及一種直流至微波頻率的透射電鏡原位高頻電學測試芯片。

背景技術

透射電子顯微鏡作為一種多功能的分析設備，能夠對材料的形貌、結構、組分、磁場和電場等性質進行研究。對材料科學的研究起到了巨大的推動作用。近年來，通過通過原位測試芯片及其配套的樣品桿和控制系統，已經可以實現將樣品置于氣體、液體、電場、光照、高溫、應力等環境下進行原位觀察和測試。隨著透射電鏡原位測試技術的發展和推廣，人們對材料在實際的復雜工作狀況下的微觀特性能夠得到更深入的研究。

由于目前透射電鏡的圖像采集速率較低，最高只有數千幀每秒，對于電場或磁場造成的磁疇運動等快速變化過程難以捕捉，一個變通的方案是通過脈沖電流實現納秒級別的時間分辨。另一方面，研究電磁波對材料的作用對微波吸收材料、自旋電子器件等領域有重大意義，對這類材料的原位透射電鏡研究也亟需微波頻率的原位測試平臺，其中原位測試芯片是其中最重要的一環。

納秒脈沖或微波信號都需要10⁹Hz級的帶寬，而現有的原位測試芯片通常針對直流或準直流的工作條件設計，例如用于電加熱或原位電池的充放電測試，所需頻率一般不超過100Hz。如果直接對這類芯片輸入高頻信號，其表面電路與硅襯底之間的寄生電容會使高頻信號短路，信號無法到達樣品；此外，還要考慮芯片與輸入源之間的阻抗匹配，否則信號也會嚴重失真?？紤]到這些因素，需要全新設計一款可工作于微波頻率的透射電鏡原位測試芯片。

發明內容

本實用新型的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種直流至微波頻率的透射電鏡原位高頻電學測試芯片。

本實用新型提供的直流至微波頻率的透射電鏡原位高頻電學測試芯片，包括硅基片和硅基片兩面的絕緣層，以及在硅基片正面絕緣層上的金屬電路；所述金屬電路至少包含兩個金屬電極，分別用于接地和信號輸入，并且金屬電極在靠近電源一側用50–75Ω的并聯電阻（Rp）相連，以實現與微波信號輸入端的阻抗匹配（這里考慮到一般用聚焦離子束技術連接的樣品和電極電阻（Rs）大于1kΩ，Rs?Rp，兩者并聯后的總電阻約為Rp，與50Ω或75Ω的信號輸入阻抗匹配）；硅基片兩面的絕緣層為二氧化硅，或者為二氧化硅表面再生長有氮化硅，正面絕緣層總厚度1.5–5.0μm，使得電極與硅片的寄生電容小于1pF；金屬電極延伸至用于放置樣品的窗口上或窗口外0–20μm。

更進一步地，所述的信號輸入電極近樣品端，還可以引出測量電極，用于信號的原位測量，測量電極的電阻（R2）為50–75Ω，此電阻的存在可以降低測量電路對信號的影響，但測量到的電壓信號需要乘上校正系數，此系數需要根據實際測量的芯片電阻參數計算。

更進一步地，所述的接地電極通過絕緣層通孔與硅基片連接。

更進一步地，所述的硅基片厚度為100–300μm，所述金屬電路的厚度為20–200nm。

采用本實用新型的原位測試芯片，可對樣品施加0–6GHz內的微波、脈沖等任意波形信號，從而實現對金屬、磁性材料、微波吸收材料、自旋電子納米器件等多種樣品透射電鏡的高頻原位測試。

本實用新型與已有的技術相比，具有如下效果：