CN109856168A - 一种用于电子显微镜双轴倾转原位样品杆 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，包括样品杆杆头和样品杆本体，其特征在于：样品杆杆头上顺次设置活动板、样品装载台和偏心转轴；样品杆杆头一端设置活动板，活动板上搭载有多个导电探针，导电探针与设置于样品装载台第一表面的触点芯片接触，样品装载台位于所述样品杆的腔体内，且样品装载台一端通过偏心转轴与驱动设备连接。本发明采用导电探针与触点芯片中电极的紧密接触，能够对样品进行电学测量和加热测温。通过触点芯片中高密度的电极阵列，可以使样品加热更快更均匀。

Description

一种用于电子显微镜双轴倾转原位样品杆

技术领域

本发明设计一种电子显微镜的样品杆杆头，特别涉及一种用于电子显微镜双轴倾转原位样品杆

背景技术

电子显微镜经过五十多年的发展已成为现代科学技术中不可缺少的重要工具。电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。

电子显微镜技术的应用是建立在光学显微镜的基础之上的，光学显微镜的分辨率为0.2μm，透射电子显微镜的分辨率为0.2nm，也就是说透射电子显微镜在光学显微镜的基础上放大了1000倍。电子显微镜应用时，样品通常会使用一种载具搭载并内置与电子显微镜中。例如在扫描电子显微镜中会使用样品载台，在透射电子显微镜中会使用样品杆。早年的样品杆只能搭载样品，无法在电子显微镜观测的同时，给样品施加/测量电信号或者加热/测量温度，近些年出现了一些样品杆，可以实现观测的同时施加/测量电信号或者加热/测量温度，但这类样品杆有这些问题：

(1)这类方案往往采用内接电阻丝或热电偶的方式，只能加电/测电或只能加热/测量温度，无法切换功能，或者切换功能很麻烦。

(2)样品往往通过导电胶固定，在加热或加电产生热效应后会产生温度漂移，对于放大倍数很高的电子显微镜来说，这种温漂对于实验影响很大。

(3)传统的宏观电极或者炉式加热等方案，精度不高，无法满足实验需求，同时，最大升温速率很慢。

(4)传统的样品杆可以实现β方向倾转，一般是利用极细的宝石转轴嵌到样品杆前端，通过真空外伺服电极的转动驱动倾转，该方案机械结构复杂，同时易损坏，并且在样品杆内占据很大空间，不易集成更多功能。

发明内容

本发明为了解决上述问题提供了一种透射电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，能够实现β转轴倾转以及原位电学测量/控制和原位加热/测温功能。

本发明提供的一种透射电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，一种电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，包括样品杆杆头和样品杆本体，其特征在于，所述样品杆杆头上顺次设置活动板、腔体和偏心转轴；

所述样品杆杆头一端设置所述活动板，所述活动板上搭载有多个导电探针，所述导电探针与设置于所述样品装载台第一表面的触点芯片接触，所述样品装载台位于所述样品杆的腔体内，且所述样品装载台一端通过所述偏心转轴与驱动设备连接。

进一步地，所述触点芯片的第一表面设有多个用于接触所述导电探针的电极，且所述电极与所述导电探针一对一接触，所述电极通过导线连接至所述触点芯片上的窗口，用于对所述窗口处的样品进行电学测量和加热测温。

进一步地，所述腔体内还设置有β转轴，所述样品装载台通过所述β转轴与所述腔体连接。

进一步地，所述偏心转轴与所述驱动设备之间顺次设置有中轴和连接轴，通过所述驱动设备控制所述偏心转轴旋转，同时所述偏心转轴带动所述样品装载台围绕β转轴倾转，倾转角度达到±65°。

进一步地，所述样品装载台上设有圆孔，所述圆孔与所述触点芯片上的窗口重合，用于电子束上下贯穿。

进一步地，所述导电探针中的导线通过引线通道与电学接口连接，用于给触点芯片提供电信号。

进一步地，所述触点芯片采用半导体工艺制成；

所述半导体工艺至少包括以下之一：

lpcvd，光刻，pecvd，rie，磁控溅射和IBE。

进一步地，所述触点芯片通过螺栓固定在所述样品装载台上。

进一步地，所述活动板通过转轴连接所述样品杆杆头。

本发明所的有益效果：

1、本发明提供了一种电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，其中采用导电探针与触点芯片中电极的紧密接触，能够对样品进行电学测量和加热测温。相比传统宏观电阻丝或热炉等方式，通过触点芯片中高密度的电极阵列，可以使样品加热更快更均匀。

2、本发明的样品杆，触点芯片能够直接内置到FIB等精密加工仪器中辅助加工，传统方式通常使用导电胶等方式固定样品，加热后导电胶融化，产生温漂，影响实验效果。本发明中，样品通过焊接等手段固定在触点芯片的窗口上，极大减少了加热或电阻的热效应产生的温漂等问题。

3、本发明的样品杆，通过驱动设备控制偏心转轴，偏心转轴旋转带动样品装载台围绕β转轴倾转，可使倾转角度可到±65°。

4、本发明的样品杆，采用半导体工艺加工触点芯片，其电极尺寸更加可控，原材料成分更加可控，所以触点芯片的操作精度更高。此外，根据不同的样品，可以定制性能不同的触点芯片，可是实现触点芯片的自由切换。

附图说明

图1为本发明实施例提供的触点芯片的平面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的样品杆杆头的的平面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的样品杆杆头底部示意图；

标号注释：1-触点芯片，2-样品装载台，3-第一螺栓，4-导电探针，5-中轴，6-外壳框体，7-偏心转轴，8-样品杆杆头，9-第二螺栓，10-转轴，11-β转轴，12-通孔，13-引线，14-活动板，15- 窗口，16-电极，17-腔体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方法进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例指示本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动成果前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后等)，则该方向性指示仅用于解释在解释某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系，运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

本发明实施例提供的一可选方案，提供了这一种透射电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，该样品杆包括样品杆杆头和样品杆本体，如图2所示，样品杆杆头上顺次设置活动板14、腔体17和偏心转轴7；

活动板14通过转轴10与样品杆杆头连接，活动板14上搭载有四个相同的导电探针4，为了将导电探针4更好的固定在活动板 14上，采用螺栓9辅助固定导电探针4。

腔体17内设置有样品装载台2，样品装载台2上安装有触点芯片1。

本发明实施例提供的一可选方案，图1为本发明触点芯片的平面结构示意图，如图1所示，触点芯片1的第一表面设有四个用于接触导电探针4的电极23，触点芯片1上的电极23数量与导电探针4数量相同，且电极23与导电探针4一对一接触。

触点芯片1上还设置有用于承载样品的窗口22，所述电极23 通过导线连接至窗口22处。样品通过FIB等工艺焊接在窗口22 上，不易产生温漂等问题，可使测量结果更精确。

采用导电探针4与触点芯片1中电极23的紧密接触，能够对样品进行电学测量和加热测温。通过触点芯片中高密度的电极阵列，可以使样品加热更快更均匀。另外，通过手动控制的方式可以使活动板14抬起，使导电探针4与电极23断开连接。

本发明实施例提供的一可选方案，由于采用的透射电子显微镜，窗口22上覆盖有一层高透过率薄膜，通过高透过率薄膜承载样品，因为采用的是透射电子显微镜，电子束发射源在样品杆正上方，信号采集器在样品杆正下方，因此采用高透过率薄膜可以使电子束尽量多的贯穿样品，从而得到更高的分辨率成像。其中高透过率薄膜可以是氮化硅薄膜、石墨烯薄膜灯其他高透过率薄膜。如果采用扫描电子显微镜，则触点芯片1的窗口22上不用覆盖高透过率薄膜。

如图2所示，腔体17内设置还有β转轴11，样品装载台2通过β转轴11与腔体17连接，样品装载台2一端连接有用于带动样品装载台2围绕β转轴11倾转的偏心转轴7，偏心转轴7另一端通过样品杆本体内的中轴5和连接轴连接于驱动设备。通过驱动设备为偏心转轴7提供动力，同时偏心转轴7带动所述样品装载台2围绕β转轴11倾转，其倾转角度达到±65°。其中驱动设备可以是电机驱动或机械驱动。

图3为本发明实施例样品杆杆头底部示意图，如图3所示，样品装载台2上还设置有一圆孔12，圆孔12与触点芯片1上的窗口22重合，用于保证透射电子显微镜中的电子束能够上下贯穿，其中引线13由导电探针4引出，引线13由样品杆杆头底部穿过样品杆本体通过引线通道与电学接口连接，电学接口与外部电源连接，从而为触点芯片1提供电信号，进而实现对样品进行电学测量和加热测温。其中加热测温主要通过导电探针4与电极23接触，对位于窗口22的样品进行加热，同时还可以利用电极的阻变效应对样品进行测温。

本发明实施例提供的一可选方案，还包括定位鞘，O型圈，定位鞘用于对整个样品杆与电子显微镜的相对安装位置进行定位， O型圈用于保证电子显微镜的密封性和真空度。

本发明实施例提供一可选方案，触点芯片1采用半导体工艺而制成的，半导体工业可以采用lpcvd，光刻，pecvd，rie，磁控溅射，IBE等加工手段，对触点芯片精确加工，其中触点芯片的电极尺寸、厚度、排布方式、材料成分等参数都能得到精确控制，也能对触点芯片内部应力等参数精确控制，同时可以根据不同的样品，定制不同的触点芯片。

电子显微镜样品往往很小，触点芯片样品安置区域为窗口区，采用上述半导体工艺可以选择性的在样品安置区域排布更密集的加热电极，使加热速度极快，最高可达1000℃/ms。触点芯片可以直接放置于FIB等精密加工仪器中进行加工，样品通过焊接等手段固定在触点芯片上，极大减少了加热或电阻热效应产生的温飘等问题。

本发明的电子显微镜用双轴倾转原位样品杆的安装调试步骤如下：

将样品焊接到触点芯片的窗口位置；

拧开第二螺栓9，抬起活动板14，使导电探针4与电极23断开，将触点芯片1放置于样品装载台2上，通过第一螺栓3将其固定；

落下活动板14，使导电探针4与电极23紧密接触，拧紧第二螺栓9；

将样品杆杆头内置于电子显微镜中，通过电子显微镜操作正常流程观测，并对样品进行电学测量和加热测温。

此外可以通过切换不同功能型号的触点芯片，可以自由切换功能，对于不同属性的样品，可以制定不同的触点芯片，实现多样化。

以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但其是作为范例，本发明并不限制与以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的同等修改或替代也都在本发明的范畴之中，因此，在不脱离本发明的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本发明的范围。

Claims (9)

1.一种电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，包括样品杆杆头和样品杆本体，其特征在于：所述样品杆杆头上顺次设置活动板、样品装载台和偏心转轴；

所述样品杆杆头一端设置所述活动板，所述活动板上搭载有多个导电探针，所述导电探针与设置于所述样品装载台第一表面的触点芯片接触，所述样品装载台位于所述样品杆的腔体内，且所述样品装载台一端通过所述偏心转轴与驱动设备连接。

2.根据权利要求1所述的电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，其特征在于，所述触点芯片的第一表面设有多个用于接触所述导电探针的电极，且所述电极与所述导电探针一对一接触，所述电极通过导线连接至所述触点芯片上的窗口，用于对所述窗口处的样品进行电学测量和加热测温。

3.根据权利要求1所述的电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，其特征在于，所述样品装载台通过β转轴与所述腔体连接。

4.根据权利要求3所述的电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，其特征在于，通过所述驱动设备控制所述偏心转轴，同时所述偏心转轴带动所述样品装载台围绕所述β转轴倾转，其倾转角度达到±65°。

5.根据权利要求2所述的电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，其特征在于，所述样品装载台上设有圆孔，所述圆孔与所述触点芯片上的所述窗口重合。

6.根据权利要求1所述的电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，其特征在于，所述导电探针中的导线通过引线通道与电学接口连接，用于给触点芯片提供电信号。

7.根据权利要求1所述的电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，其特征在于，所述触点芯片采用半导体工艺制成；

所述半导体工艺至少包括以下之一：

lpcvd，光刻，pecvd，rie，磁控溅射和IBE。

8.根据权利要求1所述的电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，其特征在于，所述触点芯片通过第一螺栓固定在所述样品装载台上。

9.根据权利要求1所述的电子显微镜用双轴倾转原位样品杆，其特征在于，所述活动板通过转轴与所述样品杆杆头连接。