[發明專利]一種掃描電鏡半導體納米線光機電耦合特性原位表征方法

有效

• 申請號: 202011140872.X
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112305001B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 曲鈞天;張震
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N23/2251
• 分類號: G01N23/2251
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

1.一種掃描電鏡半導體納米線光機電耦合特性原位表征方法，其特征在于，該方法利用在掃描電鏡中建立的單根納米線光機電耦合特性原位表征系統開展單根半導體納米線光機電耦合特性原位表征，共可以開展四種類型原位表征：1)光電耦合特性原位表征，2)光機耦合特性原位表征，3)機電耦合特性原位表征，4)光機電耦合特性原位表征；

其中，在掃描電鏡中建立的單根半導體納米線光機電耦合特性原位表征系統由以下部分組成：

①掃描電子顯微鏡，②納米操控定位平臺，③納米定位器，④力學探針-AFM導電力學傳感探針，⑤微米級光纖，⑥電學探針-導電鎢探針；

其中各組成部分配置規格說明如下：

掃描電子顯微鏡：為納米操控提供穩定的高真空環境和實時的納米精度視覺反饋，在掃描電鏡真空腔內嵌入電場、光場和機械場驅動和傳感裝置，用于為光機電耦合特性原位表征提供穩定的操控環境；

納米操控定位平臺：該平臺包括4個納米定位器，分別嵌入光場、電場和機械場的末端傳感執行機構，用于為光機電耦合特性原位表征提供納米級定位精度和操控平臺；

電學測試探針：電學探針采用常規的鎢探針，在探針表面鍍上一層鉑，用于防止氧化和增強探針的導電性；

力學測試探針：選擇AFM導電力學傳感探針作為機械場末端執行與傳感裝置，集成力學執行和傳感功能，該探針的力學傳感功能基于壓阻原理，懸臂梁根部有壓電電阻用來進行力學傳感，同時，該AFM探針具有導電性，用于向探針針尖施加電信號激勵，該AFM探針同時具有機械力學和電學執行與傳感功能；

微米級光纖：光纖外徑約125微米，兩根微米級光纖分別嵌入納米操控定位平臺的兩個納米定位器上，其中一根光纖用于半導體納米線的激光激勵，另一根為熒光檢測多模光纖，光纖可以檢測納米線表面輻射的熒光信號光譜范圍為400-900nm；

系統的整體架構方法如下：在掃描電鏡真空腔體內部，首先固定好納米操控定位平臺，然后在操控平臺的四個納米定位器上分別嵌入導電鎢探針、AFM導電力學傳感探針和兩個微米級光纖，分別用于光信號的激發和檢測，建立單根半導體納米線光機電耦合特性原位表征系統；

其中，表征單根半導體納米線光電耦合特性的實驗流程如下：

1)使用AFM導電力學探針接觸單根半導體納米線上表面；

2)使用導電鎢探針接觸單根半導體納米線根部；

3)通過AFM導電力學探針和導電鎢探針向半導體納米線注射電流；

4)用納米定位平臺將熒光檢測光纖移動到距離單根半導體納米線上表面幾微米的距離；

5)用熒光檢測光纖將熒光信號傳導入光譜儀分析納米線光電耦合特性；

其中，表征單根半導體納米線光機耦合特性的實驗流程如下：

1)用納米定位平臺操控激光激勵光纖，照射單根半導體納米線表面；

2)用納米定位平臺將熒光檢測光纖移動到距離單根半導體納米線上表面幾微米的距離，檢測納米線表面輻射出的熒光信號；

3)用納米定位平臺操控AFM導電力學探針，垂直于單根半導體納米線上表面向下施加壓力；

4)施加壓力的同時觀察納米線輻射熒光在壓力作用下的定性和定量變化，分析納米線光機耦合特性；

其中，表征單根半導體納米線機電耦合特性的實驗流程如下：

1)用納米定位平臺操控導電鎢探針，接觸單根單根半導體根部；

2)用納米定位平臺操控AFM導電力學探針，接觸納米線上表面；

3)通過AFM導電力學探針和導電鎢探針向半導體納米線注射電流；

4)注射電流同時，用納米定位平臺操控AFM導電力學探針，垂直于單根半導體納米線上表面向下施加壓力；

5)實時測量納米線在不同壓力下的電學I-V特性，分析納米線機電耦合特性；

其中，表征單根半導體納米線光機電耦合特性的實驗流程如下：

1)用納米定位平臺操控導電鎢探針，接觸單根單根半導體根部；

2)用納米定位平臺操控AFM導電力學探針，接觸納米線上表面；

3)通過AFM導電力學探針和導電鎢探針向半導體納米線注射電流；

4)注射電流同時，用納米定位平臺操控AFM導電力學探針，垂直于單根半導體納米線上表面向下施加壓力；

5)用納米定位平臺將熒光檢測光纖移動到距離單根半導體納米線上表面幾微米的距離；

6)通過熒光檢測光纖將不同壓力下納米線表面輻射的熒光信號導入光譜儀，分析納米線光機電耦合特性。