CN103730313A - 原位样品杆中基片供电电源、光-电双功能基片及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位样品杆中基片供电电源、光-电双功能基片及其制法。所述基片供电电源，包括输入模块、主控MCU和稳压模块，所述输入模块用于设定电压输出模式和工作参数，所述主控MCU根据电压输出模式和工作参数产生使能信号，所述稳压模块根据使能信号对输入电压进行转换，产生满足电压输出模式和工作参数要求的输出电压。所述供电电源具有多种工作模式，可提供周期脉冲等电压信号，具有很强的实用性，且投入成本低。所述基片，包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上焊接有0402LED贴片。所述基片不涉及改装复杂的透射电子显微镜本体，只是通过重新设计透镜电子显微镜原位样品杆，就实现了透射电子显微镜功能的极大扩展。

Description

原位样品杆中基片供电电源、光-电双功能基片及其制法

技术领域

本发明涉及透射电子显微镜中原位样品杆配件的制备技术，尤其涉及透射电子显微镜原位样品杆的基片供电电源、使用该供电电源的一种可同时测试样品光-电性质的基片及其制备方法，用于实现基于透射电子显微镜的光-电双功能原位样品杆。

背景技术

透射电子显微镜（Transmission electron microscope，TEM）作为强有力的材料结构表征工具，可以分析得到材料原子级高分辨像、电子衍射图等信息。目前，一种能将TEM对材料微观结构表征能力和基片对材料性质测试能力结合起来的原位样品杆已问世。现有的透射电子显微镜使用的电源均为普通电源，通过变压器实现要求电压的转换，并且但现有的原位样品杆仅能测试样品单方面的性质，如单功能力学、电学、热学性质测试样品杆。如果对现有单功能原位样品杆进行改造，由于样品杆尺寸和特殊结构的限制，基片制备、电极镀造、贴片LED焊接工艺将不同于常规，如何做到在一根原位样品杆中同时测试样品多方面的性质、如何驱动这样的样品杆将成为研究重点。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种透射电子显微镜原位样品杆的基片供电电源、使用该供电电源的一种可同时测试样品光-电性质的基片及其制备方法，可实现具有光-电双功能测试的原位样品杆。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种透射电子显微镜原位样品杆的基片供电电源，包括输入模块、主控MCU和稳压模块，所述输入模块用于设定电压输出模式和工作参数，所述主控MCU根据电压输出模式和工作参数产生使能信号，所述稳压模块根据使能信号对输入电压进行转换，产生满足电压输出模式和工作参数要求的输出电压，作为基片供电电源的输出电压。

优选的，所述主控MCU采用MSP430F2618芯片实现，所述稳压模块采用超低压差线性稳压芯片TPS7A7001实现。

优选的，所述输入模块为4*4键盘。

优选的，所述稳压模块通过可调电阻调节输出电压的大小。

优选的，还包括显示模块，所述显示模块用于显示电压输出模式和工作参数。

一种透射电子显微镜原位样品杆的基片，包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上焊接有两片0402LED贴片。

具体的，所述蓝宝石衬底为长方形薄片，以长方形薄片的纵横方向中心面为隔离面，将蓝宝石衬底均分为形状大小一致的四个区，在每个区的正反两面均设置一个电极，在每个区的中部均设置一个金属孔，所述金属孔电连接所在区正反两面的电极；所述一片0402LED贴片的两个引脚焊接在长方形薄片上表面两个相邻的电极上，所述两片0402LED贴片焊接在长方形薄片上表面其中三个电极上，仅位于中间的一个电极为两片0402LED贴片共用；在长方形薄片下表面的每个电极上设置金属端子，所述金属端子作为0402LED贴片的电源接入线和样品的特性测量端。

优选的，所述两片0402LED贴片的波长不一致，以实现不同波长的光信号的引入，并可以通过调节0402LED贴片两电极间的电压，改变光信号的强度，实现具有光-电双功能测试的原位样品杆。

一种透射电子显微镜原位样品杆的基片的制备方法，包括如下步骤：

（1）首先切割出蓝宝石衬底，然后在蓝宝石衬底上打孔；

（2）对步骤（1）制作出的蓝宝石衬底进行打磨、清洗和干燥；

（3）在步骤（2）制作出的蓝宝衬底的正反两面贴隔离锡纸，将蓝宝石衬底的正反两面都分为四个部分，正反两面贴的隔离锡纸的位置相对，同时在蓝宝石衬底的周侧贴一封闭圈的隔离锡纸；

（4）将步骤（3）制作出的蓝宝衬底置于离子溅射仪中，使用金离子进行溅射，在暴露区形成电极和金属孔；其中位于蓝宝衬衬底正面的四个电极中，三个用于焊接0402LED贴片，一个用于样品电学性质测试；

（5）将步骤（4）制造出的蓝宝石衬底上的隔离锡纸撕下，然后对蓝宝石衬底进行退火处理；

（6）将0402LED贴片焊接在步骤（5）制作出的蓝宝衬衬底正面的电极上，一片0402LED贴片的两个引脚焊接在两个相邻的电极上，两片0402LED贴片共用且仅共用一个电极。

优选的，所述步骤（6）中，0402LED贴片采用导电银胶作为粘结剂焊接在电极上。

有益效果：本发明提供的透射电子显微镜原位样品杆的基片供电电源，具有多种工作模式，可提供周期脉冲等电压信号，具有很强的实用性，且投入成本低，填补了现有技术中专用基片供电电源的空缺；本发明提供的透射电子显微镜原位样品杆的基片及其制法，不涉及改装复杂的透射电子显微镜本体，只是通过重新设计透镜电子显微镜原位样品杆，就实现了透射电子显微镜功能的极大扩展。

附图说明

图1为供电电源结构框图；

图2为未加工的3.85mmx2.45mm的方形基片结构示意图；

图3为钻孔后的方形基片结构示意图；

图4为镀电极后的方形基片结构示意图；

图5为焊接有0402LED贴片的方形基片结构示意图；

图6为透射电子显微镜光-电双功能原位样品杆前端部分结构示意图；

图7为透射电子显微镜光-电双功能原位样品杆整体结构示意图；

图中：1为钻孔，2为电极，3为隔离锡纸，4为0402LED贴片，5为蓝宝石衬底，6为金线，7为样品，8为导电铜柱，9为样品杆前段，10为样品杆控制模块，11为样品杆驱动输入模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种透射电镜原位样品杆中光-电双功能基片的供电电源，包括MSP430F2618主控MCU和超低压差线性稳压芯片TPS7A7001；所述MSP430F2618主控MCU作为电压输出模式主控，通过4*4键盘设定电压输出模式和工作参数，并由LCD12864显示模块显示输入输出参数和当前电压输出模式；所述超低压差线性稳压芯片TPS7A7001对输出电压进行稳压，并通过可调电阻调节输出电压的大小。

所述4*4键盘由16个6*6*5mm的微动开关焊接而成，通过8根引脚与MSP430F2618主控MCU电连接，用于输入控制信号；所述LCD12864显示模块带中文字库，通过20根引脚与MSP430F2618主控MCU电连接，用于显示输入输出参数、电源工作模式等；AD采样模块采集输出电压幅度信号并在LCD12864显示模块中实时显示，通过2根引脚与MSP430F2618主控MCU电连接；MSP430F2618主控MCU采用美国德州仪器（TI）公司推出的超低功耗MCU系列芯片中的MSP430F2618芯片，控制整个电源模块的工作状态，该芯片成本低，集成度高，性能优越。

适配上述供电电源的一种透射电镜原位样品杆中光-电双功能基片，包括蓝宝石衬底5，在蓝宝石衬底5上焊接有0402LED贴片4；所述蓝宝石衬底1为长方形薄片，以长方形薄片的纵横方向中心面为隔离面，将蓝宝石衬底1均分为形状大小一致的四个区，在每个区的正反两面均设置一个电极2，在每个区的中部均设置一个金属孔，所述金属孔电连接所在区正反两面的电极2；所述0402LED贴片4的两个引脚焊接在长方形薄片上表面两个相邻的电极2上；在长方形薄片下表面的每个电极2上设置金属端子，所述金属端子作为0402LED贴片4的电源接入线和样品的特性测量端。

所述0402LED贴片4的数目为两片，所述两片0402LED贴片4焊接在长方形薄片上表面其中三个电极2上，仅位于中间的一个电极2为两片0402LED贴片4共用；所述两片0402LED贴片4的波长不一致。

一种上述透射电镜原位样品杆中光-电双功能基片的制备方法，包括如下步骤：

（1）如图1所示，首先将厚度为400微米的蓝宝石切割成3.85mm*2.45mm的方形基片；

（2）如图2所示，将方形基片的每条对角线四等分，在除中心点外的四等分点处打孔，孔径均为0.3mm；

（3）用600目金刚砂将钻孔后的方形基片两面均打磨光滑，置于装有85%酒精的离心管中，然后将该离心管放在超声波清洗机中洗涤，去除方形基片上附着的杂质，从而使得镀电极时金离子能较好地附着到方形基片表面；

（4）清洗结束后将方形基片置于干燥箱中干燥，干燥结束后将方形基片置于洁净容器中冷却；

（5）待方形基片冷却后将两条0.5mm宽的隔离锡纸成十字型贴于基片一面，使每条隔离锡纸与方形基片对边中点相交，基片的另一面按相同方法处理，并用0.5mm宽的隔离锡纸将基片四周包裹；

（6）将包裹好的方形基片置于离子溅射仪中，每一面用金离子溅射20分钟以达到镀电极的目的，在暴露区形成电极和金属孔；其中位于方形基片正面的四个电极中，三个用于焊接0402LED贴片，一个用于样品电学性质测试；

（7）待方形基片镀电极完成后，将贴于方形基片上的隔离锡纸撕下，如图3所示；然后将方形基片置于300℃的马弗炉中退火半小时；

（8）如图4所示，取一片退火后方形基片和一片0402LED贴片，在光学显微镜下，将0402LED贴片的两电极上涂抹适量银胶并迅速准确贴于方形基片的相邻两电极上；若0402LED贴片的数目为两片，该两个0402LED贴片共用且仅共用一个电极；至此完成测试样品光-电性质的基片的制备。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种透射电子显微镜原位样品杆的基片供电电源，其特征在于：包括输入模块、主控MCU和稳压模块，所述输入模块用于设定电压输出模式和工作参数，所述主控MCU根据电压输出模式和工作参数产生使能信号，所述稳压模块根据使能信号对输入电压进行转换，产生满足电压输出模式和工作参数要求的输出电压，作为基片供电电源的输出电压。

2.根据权利要求1所述的透射电子显微镜原位样品杆的基片供电电源，其特征在于：所述主控MCU采用MSP430F2618芯片实现，所述稳压模块采用超低压差线性稳压芯片TPS7A7001实现。

3.根据权利要求1所述的透射电子显微镜原位样品杆的基片供电电源，其特征在于：所述输入模块为4*4键盘。

4.根据权利要求1所述的透射电子显微镜原位样品杆的基片供电电源，其特征在于：所述稳压模块通过可调电阻调节输出电压的大小。

5.根据权利要求1所述的透射电子显微镜原位样品杆的基片供电电源，其特征在于：还包括显示模块，所述显示模块用于显示电压输出模式和工作参数。

6.一种透射电子显微镜原位样品杆的基片，其特征在于：包括蓝宝石衬底（5），在蓝宝石衬底（5）上焊接有两片0402LED贴片（4）。

7.根据权利要求6所述的透射电子显微镜原位样品杆的基片，其特征在于：所述蓝宝石衬底（1）为长方形薄片，以长方形薄片的纵横方向中心面为隔离面，将蓝宝石衬底（1）均分为形状大小一致的四个区，在每个区的正反两面均设置一个电极（2），在每个区的中部均设置一个金属孔，所述金属孔电连接所在区正反两面的电极（2）；所述一片0402LED贴片（4）的两个引脚焊接在长方形薄片上表面两个相邻的电极（2）上，所述两片0402LED贴片（4）焊接在长方形薄片上表面其中三个电极（2）上，仅位于中间的一个电极（2）为两片0402LED贴片（4）共用；在长方形薄片下表面的每个电极（2）上设置金属端子，所述金属端子作为0402LED贴片（4）的电源接入线和样品的特性测量端。

8.根据权利要求6或7所述的透射电镜原位样品杆中光-电双功能基片，其特征在于：所述两片0402LED贴片（4）的波长不一致。

9.一种透射电子显微镜原位样品杆的基片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）首先切割出蓝宝石衬底，然后在蓝宝石衬底上打孔；

（2）对步骤（1）制作出的蓝宝石衬底进行打磨、清洗和干燥；

（3）在步骤（2）制作出的蓝宝衬底的正反两面贴隔离锡纸，将蓝宝石衬底的正反两面都分为四个部分，正反两面贴的隔离锡纸的位置相对，同时在蓝宝石衬底的周侧贴一封闭圈的隔离锡纸；

（4）将步骤（3）制作出的蓝宝衬底置于离子溅射仪中，使用金离子进行溅射，在暴露区形成电极和金属孔；其中位于蓝宝衬衬底正面的四个电极中，三个用于焊接0402LED贴片，一个用于样品电学性质测试；

（5）将步骤（4）制造出的蓝宝石衬底上的隔离锡纸撕下，然后对蓝宝石衬底进行退火处理；

（6）将0402LED贴片焊接在步骤（5）制作出的蓝宝衬衬底正面的电极上，一片0402LED贴片的两个引脚焊接在两个相邻的电极上，两片0402LED贴片共用且仅共用一个电极。

10.根据权利要求9所述的透射电子显微镜原位样品杆的基片的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中，0402LED贴片采用导电银胶作为粘结剂焊接在电极上。

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