CN111024988B - 应用于afm-sem混合显微镜系统的prc及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了应用于AFM‑SEM混合显微镜系统的PRC及其制造方法。本发明一种应用于AFM‑SEM混合显微镜系统的PRC，包括：pcb基板、设置在所述pcb基板上的衬底、设置在所述衬底上的固定值电阻器、设置在所述衬底上的压电电阻器、焊盘和固定结构；所述压电电阻器包括悬臂梁和设置在所述悬臂梁前端的探针；所述固定值电阻器和所述压电电阻器互相平行；所述pcb基板远离所述衬底的一侧、两个侧边和靠近所述衬底的一侧设有第一导电涂层。本发明的有益效果：通过导电涂层尽可能消除落在PRC上的电荷，降低SEM电子束对PRC造成的干扰，使得基于PRC的AFM可以兼容SEM。

Description

应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC及其制造方法
技术领域
本发明涉及AFM-SEM混合显微镜领域，具体涉及一种应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC。
背景技术
混合显微镜提供了互补的成像功能，多模式测量比单个显微镜具有更高的数据采集效率，例如SEM只能提供样品的2D图像，得不到深度信息，但AFM可以提供样品的深度信息。基于不同的成像物理原理，AFM和SEM代表了两种互补的成像技术。传统的样品测量方法是在AFM和SEM中分别对样品成像，然后再将图像关联起来从而获得更多关于样品的信息。但是来回转移样品并在AFM和SEM之间切换可能会损坏样品，并且想在两个显微镜上观察样品的同一区域会非常困难。通过在SEM中集成AFM组成AFM-SEM混合显微镜系统可以使得观察样品非常方便。
尽管AFM-SEM混合显微镜系统具有诸多优势，但是如何使得AFM兼容SEM而又不影响二者的性能和功能依然存在一些技术挑战。这些挑战来自AFM尺寸限制，真空环境的不良散热，电子束影响AFM力反馈信号等等。
基于MEMS工艺的PRC(PiezoresistiveCantilever)具有紧凑的尺寸而被广泛应用在AFM-SEM混合显微镜系统中。在PRC基板上添加半导体材料制作了两个独立的压电电阻器，其中一个包含悬臂和探针，另一个是具有固定阻值的电阻。由于半导体材料压阻效应特别强，在探针受到作用力后，悬臂电阻率发生变化引起阻值发生改变，通过采集由电阻引起变化的电压信号，便可知当前力发生变化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC，包括：pcb基板、设置在所述pcb基板上的衬底、设置在所述衬底上的固定值电阻器、设置在所述衬底上的压电电阻器、焊盘和固定结构；所述压电电阻器包括悬臂梁和设置在所述悬臂梁前端的探针；所述固定值电阻器和所述压电电阻器互相平行；所述pcb基板远离所述衬底的一侧、两个侧边和靠近所述衬底的一侧设有第一导电涂层；所述衬底的侧边和正面设有第二导电涂层；其中，所述第二导电涂层不与所述固定值电阻器和所述压电电阻器接触，所述第一导电涂层与所述第二导电涂层导通；
所述焊盘分别连接所述固定值电阻器和所述压电电阻器；所述固定结构用于将所述固定值电阻器和所述压电电阻器固定在所述衬底上。
在其中一个实施例中，所述焊盘的数量为四个。
在其中一个实施例中，所述固定结构是固定树脂。
在其中一个实施例中，所述第一导电涂层是导电石墨、导电银、导电金或者导电胶带。
在其中一个实施例中，所述第二导电涂层是导电石墨、导电银、导电金或者导电胶带。
一种应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC的制造方法，所述PRC包括：pcb基板、设置在所述pcb基板上的衬底、设置在所述衬底上的固定值电阻器、设置在所述衬底上的压电电阻器、焊盘和固定结构；所述压电电阻器包括悬臂梁和设置在所述悬臂梁前端的探针；所述固定值电阻器和所述压电电阻器互相平行；其特征在于，包括：在所述pcb基板远离所述衬底的一侧、两个侧边和靠近所述衬底的一侧设置第一导电涂层；在所述衬底的侧边和正面设置第二导电涂层，其中，所述第二导电涂层不与所述固定值电阻器和所述压电电阻器接触，所述第一导电涂层与所述第二导电涂层导通。
在其中一个实施例中，所述固定结构是固定树脂。
在其中一个实施例中，所述第一导电涂层是导电石墨、导电银、导电金或者导电胶带。
在其中一个实施例中，所述第二导电涂层是导电石墨、导电银、导电金或者导电胶带。
一种提高应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC的信号的准确性的方法，包括：消除所述PRC上的负电荷。
一种兼容SEM的AFM，包括：任一项所述的PRC。
本发明的有益效果：
通过导电涂层尽可能消除落在PRC上的电荷，降低SEM电子束对PRC造成的干扰，使得基于PRC的AFM可以兼容SEM。
附图说明
图1是PRC正面。
图2是PRC背面。
图3是PRC侧面图，表示使用正向电压吸收SEM电子束原理，包括外部供电直流电压DC，给PRC供电的电压VCC，VCC不等于DC，AFM的GND和SEM的GND之间通过磁珠相连。
图4是PRC背部在施加不同电压时的漂移情况。
图中1、4个焊盘，2、PCB基板，3、放置电阻器的衬底31、衬底侧边，4、悬臂梁前端的探针，5、固定值电阻器，6、悬臂梁(压电电阻器)，7、需要涂抹导电材料的区域，8、固定结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
基于PRC的AFM集成到SEM时，在SEM成像过程中当改变SEM操作时(例如进行图像缩放、图像质量改变、成像区域改变等操作)，落在PRC上的电子密度会发生改变。电荷的积累会在PRC上形成波动电势，这部分波动电势可看作是噪声，PRC的有用信号将会淹没在噪声里，使得PRC的分辨率降低。另外电荷本身也具有质量，如果探针上电荷积累过多，会造成悬臂弯曲电阻率变化，PRC信号也会发生漂移。本申请发明人在进行AFM-SEM混合显微镜操作时首次发现电子束会干扰PRC的问题并在本实施例中提出以下解决方法。
PRC的电子学模型可以看作是P-JFET，当电子束落在悬臂梁背部时(相当于落在JFET的G极)，因为这里不存在额外的导电体所以无法将电荷导向其他地方，导致JFET的G极堆积大量负电荷，从而在JFET的G-S间产生波动电势|ΔGS|，这部分电势会严重影响PRC的读数，造成错误的力反馈。
规避SEM电子束对PRC造成影响的原理如图4所示，用外部的电源给PRC背部PCB基板提供正向电压，将落在悬臂梁及周围的负电荷吸收从而消除波动电势|ΔGS|。在衬底及侧边、PCB基板正面及侧边、PCB基板反面涂抹导电材料，涂抹的区域如图2图3中的涂抹区域所示。涂抹的原则是第一尽量靠近悬臂梁，但不要涂到悬臂梁上，否则会使得PRC短路，在避免PRC短路的情况涂抹面积尽量大。第二涂抹要均匀，以轻薄为宜。第三衬底侧面以及PCB基板侧面也要准确涂抹，确保加在PCB基板背面的正向电压能够到达衬底上。第四涂抹的导电的材料可以是导电石墨，导电银，导电金或者使用导电胶带。
将涂抹导电材料的PRC放入SEM中打开电子束，让SEM的电子束加速电压保持不变例如10KV，通过改变施加在PCB基板背面的正向电压的大小，记录下PRC读数的偏移情况，如图4所示，floating指的是PCB基板背部不加任何电压，GND指的是让PCB基板背部接地，从图中可以看出，不加任何电压PRC漂移最大，当正向电压达到36V时PRC漂移最小。即当电子束加速电压不变时，施加在PCB基板背部的电压越大PRC的漂移越小，但是电压不能过大，太大的电压会影响SEM成像质量，至于施加多大的电压合适，这要结合当前的电子束加速度电压以及可以接受的SEM图像质量来决定。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC，其特征在于，包括：pcb基板、设置在所述pcb基板上的衬底、设置在所述衬底上的固定值电阻器、设置在所述衬底上的压电电阻器、焊盘和固定结构；所述压电电阻器包括悬臂梁和设置在所述悬臂梁前端的探针；所述固定值电阻器和所述压电电阻器互相平行；所述pcb基板远离所述衬底的一侧、两个侧边和靠近所述衬底的一侧设有第一导电涂层；所述衬底的侧边和正面设有第二导电涂层；其中，所述第二导电涂层不与所述固定值电阻器和所述压电电阻器接触，所述第一导电涂层与所述第二导电涂层导通；
所述焊盘分别连接所述固定值电阻器和所述压电电阻器；所述固定结构用于将所述固定值电阻器和所述压电电阻器固定在所述衬底上。
2.如权利要求1所述的应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC，其特征在于，所述焊盘的数量为四个。
3.如权利要求1所述的应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC，其特征在于，所述固定结构是固定树脂。
4.如权利要求1所述的应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC，其特征在于，所述第一导电涂层是导电石墨、导电银、导电金或者导电胶带。
5.如权利要求1所述的应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC，其特征在于，所述第二导电涂层是导电石墨、导电银、导电金或者导电胶带。
6.一种应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC的制造方法，所述PRC包括：pcb基板、设置在所述pcb基板上的衬底、设置在所述衬底上的固定值电阻器、设置在所述衬底上的压电电阻器、焊盘和固定结构；所述压电电阻器包括悬臂梁和设置在所述悬臂梁前端的探针；所述固定值电阻器和所述压电电阻器互相平行；其特征在于，包括：在所述pcb基板远离所述衬底的一侧、两个侧边和靠近所述衬底的一侧设置第一导电涂层；在所述衬底的侧边和正面设置第二导电涂层，其中，所述第二导电涂层不与所述固定值电阻器和所述压电电阻器接触，所述第一导电涂层与所述第二导电涂层导通。
7.如权利要求6所述的应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC的制造方法，其特征在于，所述固定结构是固定树脂。
8.如权利要求6所述的应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC的制造方法，其特征在于，所述第一导电涂层是导电石墨、导电银、导电金或者导电胶带；所述第二导电涂层是导电石墨、导电银、导电金或者导电胶带。
9.一种提高应用于AFM-SEM混合显微镜系统的PRC的信号的准确性的方法，其特征在于，包括：消除所述PRC上的负电荷。
10.一种兼容SEM的AFM，其特征在于，包括：权利要求1到5任一项所述的PRC。
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