[實用新型]用于聚焦離子束制樣工藝的透射電鏡原位電學測試芯片

有效

• 申請號: 201821991585.8
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN209495986U
• 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，具體為一種適用于聚焦離子束制樣工藝的透射電鏡原位電學測試芯片。包括硅基片和硅基片兩面的絕緣層以及硅基片正面絕緣層上的金屬電路；金屬電路用于對樣品施加或測量各種電信號；芯片外形為直徑2.5–3.0 mm的圓割去一弓形區域后的大半圓形，使得芯片能夠放置于樣品桿的樣品孔內；芯片的平直邊緣中部開有用于放置樣品的倒梯形缺口。本實用新型的原位測試芯片能夠用于傳統的3mm直徑樣品孔，可用于多種條件下的原位透射電鏡觀測；同時放置樣品的位置在芯片邊緣，便于使用聚焦離子束工藝制備樣品。

技術領域

本實用新型屬于電子顯微鏡測試技術領域，具體涉及一種適用于聚焦離子束制樣工藝的透射電鏡原位電學測試芯片。

背景技術

透射電子顯微鏡作為一種強大的材料表征分析設備，能夠對材料的形貌、結構、成分和電磁性質進行研究。自20世紀初發明以來，透射電子顯微鏡已經在自然科學的各個領域得到廣泛應用。近年來，隨著微電子機械系統（Micro-electromechanical Systems,MEMS）芯片的使用，帶動了透射電鏡原位測試技術的發展。通過原位測試芯片及其配套的樣品桿和控制系統，可以實現樣品在電、熱、力、光等環境下的原位觀測，使人們對材料的各種特性有了更深入的認識。

聚焦離子束技術是通過將精細的高能離子束轟擊樣品表面，使樣品本身的原子被濺射而發生刻蝕，同時產生的二次電子用于生成圖像，實現對樣品的精確定位與加工，在近年來開始被大量用于透射電鏡樣品的制備。其制備的樣品相比傳統制樣方式具有定位準、厚度均勻、可觀測面積大等優點。

目前商用的原位電學測試芯片大多是矩形外形且需要專用的樣品桿，不兼容通用的直徑3毫米圓形樣品孔的樣品桿，提高了原位電學測試的成本。而且目前市場上支持低溫、高頻等嚴苛條件的原位樣品桿只有傳統的3毫米圓形樣品孔，這一限制使得相關測試將無法完成。此外，由于聚焦離子束制樣工藝中需要將樣品固定在支撐結構的邊緣進行最終的減薄，而商用芯片上放置樣品的開窗位置在芯片中央，難以利用聚焦離子束技術制備高質量樣品。

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，提供一種適用于聚焦離子束制樣工藝的透射電鏡原位測試芯片，可用于普通的具有3毫米圓形樣品孔的原位樣品桿。

本實用新型提供的適用于聚焦離子束制樣工藝的透射電鏡原位電學測試芯片，其結構參見圖1、圖2或圖5所示，包括硅基片、硅基片兩面的絕緣層以及硅基片正面絕緣層上的金屬電路；金屬電路用于對樣品施加或測量各種電信號；所述芯片外形為直徑2.5–3.0mm的圓割去一弓形區域后的大半圓形，如圖5所示，使得芯片能夠放置于3mm樣品孔內；芯片的上底邊緣（即大半圓形的水平邊）中部具有用于放置樣品的倒梯形缺口缺口的底邊距離圓心0–1000μm，缺口底邊長度20–250μm，缺口斜邊與底邊延長線夾角20°–90°，缺口深度20–500μm。

更進一步地，所述芯片外形為直徑2.5–3.0mm的圓割去一弓形區域后的大半圓形，再從其正下方（水平方向）和左右兩側（垂直方向）分別割去一弓形區域，形成一多邊形，該多邊形左右對稱，如圖1所示，使得芯片能夠放置于樣品桿的樣品孔內。

更進一步地，所述的硅基片正面絕緣層上具有金屬電路，所述的金屬電路厚度20–200nm，位于中心直徑2.5mm的圓之內。

更進一步地，所述的硅基片厚度為50–200μm，若厚度太薄，使用中容易碎裂，而太厚則無法固定于樣品桿上的樣品孔。

更進一步地，所述的絕緣層包括二氧化硅或二氧化硅層上生長一層氮化硅，絕緣層總厚度0.1–3μm。

采用本實用新型的原位測試芯片，可在樣品固定到觀察窗口之后用聚焦離子束減薄，也可用離子減薄儀進行減薄和清洗，實現對金屬、半導體異質結、超晶格材料、微電池等多種樣品進行透射電鏡的原位觀察和測試。

本實用新型與已有的技術相比，具有如下效果：