CN113009185A - 一种透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子显微镜测试技术领域，提供了一种透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法。该制备方法包括：将待观察的微米级粉末包埋在低温焊剂中形成待加工样品块；对待加工样品块进行减薄直到样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求，以得到最终样品。本发明可以更高效、稳定地制备满足要求的观察样品，对样品本身的影响较小，样品厚度均匀，样品制备成功率高。

Description

一种透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法

技术领域

本发明涉及电子显微镜测试技术领域，特别是一种透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法。

背景技术

透射电子显微镜是一种可用于原子尺度成像的精密科学仪器，已经在材料学、微电子芯片、凝聚态物理、结构生物学等领域得到了广泛的应用。透射电子显微镜对被观察样品要求较高，要求样品厚度足够小。目前已有的制备透射电子显微镜的观察样品的方法包括机械减薄法、超薄切片法、粉末研磨法、聚焦离子束法等，这些方法可以处理块体材料、薄膜、粉末等多种样品类型。对于粉末样品来说，当粉末颗粒直径较小时，可以经过溶液分散直接用于透射电子显微镜观察；但当粉末颗粒直径达到微米量级时，电子束难以穿透样品进行成像。

对于直径较大(如微米量级)的粉末颗粒，现有技术中通常采用以下三种方法进行制样。第一种，超薄切片法，但在这种方法中，使用的金刚石刀在切割样品时，物理应力容易在样品中引入晶体缺陷，金刚石刀也易损坏。第二种，机械抛光法，其把粉末样品嵌入环氧树脂中形成块状样品。但是，机械抛光法存在以下不足：由于粉末样品(一般为无机材料样品)与环氧树脂为两种材料，粉末样品难以均匀分布在环氧树脂中，研磨常会造成两种材料减薄速度不同，最终获得不均匀的样品；由于环氧树脂含碳量高，与样品的混合比例要根据样品的种类决定；两者在局部混合不好，易导致样品从环氧树脂中脱落。第三种，粉末研磨法。粉末研磨法可以把微米级粉末样品进一步研磨成纳米级粉末，使用无水乙醇分散纳米级粉末，之后使用超声振荡，最后滴入微栅上用于透射电子显微镜观察。但是，粉末研磨法只适用于成分均一的微米级粉末，但不适用于粉末颗粒本身成分不均一(例如包含多壳结构)的场合，因此适用性受限。

发明内容

鉴于上述问题，提出了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法。

本发明的一个目的在于提供一种透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法，其可以更高效、稳定地制备满足要求的观察样品，对样品本身的影响较小，因为所选低温焊剂与样品粉末的刻蚀速率相近，最终获得的样品厚度均匀，样品制备成功率高。

本发明的一个进一步的目的在于减轻或防止减薄过程中样品龟裂的现象。

特别地，根据本发明实施例的一方面，提供了一种透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法，包括：

将待观察的微米级粉末包埋在低温焊剂中形成待加工样品块；

对所述待加工样品块进行减薄直到所述样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求，以得到最终样品。

可选地，所述低温焊剂选自低温合金焊剂或低温金属焊剂中的一种或多种。

可选地，所述待观察的微米级粉末为无机材料粉末；

所述待观察的微米级粉末的粒径小于或等于10μm；

所述最终样品的厚度小于100nm。

可选地，所述将待观察的微米级粉末包埋在低温焊剂中形成待加工样品块的步骤包括：

将所述待观察的微米级粉末置于上下两层所述低温焊剂之间；

加热至指定温度使所述低温焊剂融化，以使所述待观察的微米级粉末被所述低温焊剂包覆形成混合物，其中，所述指定温度大于或等于所述低温焊剂的熔点；

对所述混合物冷却后加压成型，得到所述待加工样品块。

可选地，所述将待观察的微米级粉末包埋在低温焊剂中形成待加工样品块的步骤包括：

将所述待观察的微米级粉末置于上下两层所述低温焊剂之间，并在上层所述低温焊剂的上方加入导电聚合物粉末；

加热至指定温度使所述低温焊剂融化，以使所述待观察的微米级粉末被所述低温焊剂包覆后与所述导电聚合物粉末混合得到混合物，其中，所述指定温度大于或等于所述低温焊剂的熔点；

对所述混合物冷却后加压成型，得到所述待加工样品块。

可选地，所述导电聚合物选自聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩和聚吡咯中的一种或多种。

可选地，所述对所述待加工样品块进行减薄直到所述样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求的步骤包括：

对所述待加工样品块进行机械减薄；

通过聚焦离子束刻蚀对所述待加工样品块进行减薄，直到所述样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求。

可选地，所述对所述待加工样品块进行机械减薄的步骤包括：

对所述待加工样品块顺序进行砂纸研磨和凹坑研磨。

可选地，所述通过聚焦离子束刻蚀对所述待加工样品块进行减薄，直到所述样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求的步骤包括：

利用聚焦离子束对所述待加工样品块进行多步刻蚀，直到所述样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求；其中，在所述多步刻蚀中，下一步刻蚀中采用的离子束电压和电流小于上一步刻蚀中采用的离子束电压和电流。

可选地，所述通过聚焦离子束刻蚀对所述待加工样品块进行减薄，直到所述样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求的步骤还包括：

在所述多步刻蚀之后，利用聚焦离子束扫除所述样品块表面的非晶层。

本发明提供的透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法中，在制备微米级粉末样品时，采用低温焊剂包埋微米级粉末形成待加工样品块。相比现有技术中采用环氧树脂包埋的方式，由于低温焊剂通常主要含金属元素，对透射电子显微镜观察的绝大多数样品(如合金、过渡金属化合物等)的制备更有益，低温焊剂更容易渗透进粉末样品的间隙形成均匀的包埋和混合，保证后续减薄过程中粉末不易脱落且材料和焊剂的减薄速度均匀，降低了对实验者的技术水平要求，从而可以更高效、稳定地制备满足要求的观察样品，样品厚度均匀，样品制备成功率高。另外，相比环氧树脂含碳量高、含氧的特点，采用低温焊剂进行包埋，可以减轻甚至防止粉末样品的结构性能变化和化学反应现象(如氧化现象)，降低了对样品本身的影响。本发明的方法可同样适用于多壳层颗粒，适用性更广。

进一步地，针对在经历减薄过程中可能发生薄膜样品龟裂的情形，本发明的方法通过在包埋过程中加入导电聚合物，使在低温焊剂包覆微米级粉末的颗粒后导电聚合物可填充到已包覆颗粒的缝隙之间，以在减薄过程(特别是聚焦离子束刻蚀过程)中起到一定的力学支撑作用，从而有效地减轻或防止减薄过程中样品龟裂的现象，提高了所制备样品的质量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一实施例的透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法的流程图；

图2为根据本发明一实施例的利用低温焊剂包埋待观察的微米级粉末的示意图；

图3为根据本发明一实施例的利用低温焊剂包埋待观察的微米级粉末并加入导电聚合物的示意图；

图4示出了根据本发明一实施例的制备方法减薄完成的可用于透射电子显微镜观察的最终样品的侧视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

透射电子显微镜的制样方法的选择取决于被观察的对象和待研究的性质，通常要求该方法既能制备出厚度较小且均匀的样品，又不对样品本身产生太大破坏，以免影响观察结果。透射电子显微镜的样品制备方法有多种，其中针对块体材料、薄膜、粉末等不同类型的样品有不同的制备方法。目前，块体材料、薄膜样品的制备方法较为成熟，但针对微米级的粉末样品的制备方法仍存在前述的问题。

针对上述问题，本发明实施例提出了一种透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法。

图1示出了根据本发明一实施例的一种透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法的流程示意图。参见图1所示，本发明实施例提供的透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法，至少可以包括以下步骤：

步骤S1：将待观察的微米级粉末包埋在低温焊剂中形成待加工样品块。

步骤S2：对待加工样品块进行减薄直到样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求，以得到最终样品。

本实施例中，采用低温焊剂包埋微米级粉末形成待加工样品块，相比现有技术中采用环氧树脂包埋的方式，由于低温焊剂通常主要含金属元素，对透射电子显微镜观察的绝大多数样品(如合金、过渡金属化合物等)的制备更有益，低温焊剂更容易渗透进粉末样品的间隙形成均匀的包埋和混合，保证后续减薄过程中粉末不易脱落且材料和焊剂的减薄速度均匀，降低了对制作者的技术水平要求，从而可以更高效、稳定地制备满足要求的观察样品，样品厚度均匀，样品制备成功率高。另外，相比环氧树脂含碳量高、含氧的特点，采用低温焊剂进行包埋，可以减轻甚至防止粉末样品的结构性能变化和化学反应现象(如氧化现象)，降低了对样品本身的影响。本发明的方法可同样适用于多壳层颗粒，适用性更广。

焊剂(也可称为焊料)是用于填加到焊缝、堆焊层和钎缝中的金属合金材料的总称。本文中的低温焊剂指熔点较低(相对高温焊料而言，一般例如熔点可低于400℃)且具有良好的导电性的合金或金属焊料。另外，本申请中的低温焊剂选择不易引起待观察的粉末发生结构和性能变化的材料，从而最大程度降低对样品本身的影响。

在一个实施例中，待观察的微米级粉末(即原始粉末颗粒)可以为无机材料粉末，例如合金粉末、过渡金属化合物粉末、半导体晶体颗粒等。

进一步地，低温焊剂可以选自熔点较低的低温合金焊剂(如锡铅合金、锡铜合金、锡银铜合金等)或低温金属焊剂(如锡、铋等)中的一种或多种。由于低温合金焊剂或低温金属焊剂与无机材料粉末的性质相近，在包埋过程中两者可以混合更均匀，从而进一步提高制备的最终样品的质量。

在一个优选的实施例中，低温焊剂选择锡铅合金焊剂。锡铅合金焊剂主要含金属元素，对透射电子显微镜观察的绝大多数样品的制备更有益，以含有金属元素的样品为例，锡铅合金焊剂在融化后更容易渗透进粉末样品的间隙以形成更均匀的包覆和混合。并且，锡铅合金焊剂性质稳定，价廉易得。

本发明的方法中，原始粉末颗粒的粒径为微米尺寸。优选地，原始粉末颗粒的粒径小于或等于10μm，具体地，为1-10μm，例如，2μm、5μm、8μm等。

在本发明的一个实施例中，步骤S1可以具体实施为：

将待观察的微米级粉末置于上下两层低温焊剂之间；

加热至指定温度使低温焊剂融化，以使待观察的微米级粉末被低温焊剂包覆形成混合物，其中，指定温度大于或等于低温焊剂的熔点；

对混合物冷却后加压成型，得到待加工样品块。

图2示出了根据本发明一实施例的利用低温焊剂包埋待观察的微米级粉末的示意图。通过在粉末样品的上下放置低温焊剂，加热融化低温焊剂以实现低温焊剂对粉末样品的包埋，可促进两者的均匀混合，进而保证后续的均匀减薄，从而得到厚度均匀的最终样品。

需要注意的是，在低温焊剂包覆原始粉末颗粒之后，在后续的减薄过程中可能会发生样品块(由于通常较薄，也可以称为薄膜样品)龟裂的情形，从而影响最终样品的质量。

针对上述情形，在本发明的另一个实施例中，步骤S1可以具体实施为：

将待观察的微米级粉末置于上下两层低温焊剂之间，并在上层低温焊剂的上方加入导电聚合物粉末；

加热至指定温度使低温焊剂融化，以使待观察的微米级粉末被低温焊剂包覆后与导电聚合物粉末混合得到混合物，其中，指定温度大于或等于低温焊剂的熔点；

对混合物冷却后加压成型，得到待加工样品块。

具体地，导电聚合物可以选自聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯等中的一种或多种。

图3示出了根据本发明一实施例的利用低温焊剂包埋待观察的微米级粉末并加入导电聚合物的示意图。针对低温焊剂包覆原始粉末颗粒后，在经历减薄过程中可能发生薄膜样品龟裂的情形，本发明实施例通过在包埋过程中加入导电聚合物，利用低温焊剂(具体如锡铅合金焊剂)相比导电聚合物更容易与无机粉末样品浸润的性质，将三者混合后，使低温焊剂包覆在无机粉末样品颗粒上，导电聚合物填充到已包覆颗粒的缝隙之间，以在减薄过程中起到一定的力学支撑作用，从而有效地减轻或防止减薄过程中样品龟裂的现象，提高了所制备样品的质量。

在本发明的一个实施例中，步骤S2可以具体实施为：

首先，对待加工样品块进行机械减薄。

然后，通过聚焦离子束刻蚀对待加工样品块进行减薄，直到样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求。

通过机械减薄对样品进行初步减薄，再应用聚焦离子束刻蚀方法对机械减薄后的样品进一步减薄，可制备出可用于透射电子显微镜观察的样品。一般地，制得的最终样品的厚度可小于100nm，只有几十纳米，例如，60nm、80nm等。最终样品的面积和性质则可根据要求设计。另外，由于本发明实施例中采用了低温焊剂进行粉末包埋，低温焊剂与大多数透射电子显微学样品的刻蚀速率接近，相比传统的环氧树脂包覆无机粉末样品所带来的刻蚀速率不同，本发明的方案最终可获得均匀减薄的样品。

进一步地，在进行机械减薄之前，还可以先将待加工样品块切割成所需的尺寸。可选地，可通过线锯、超声切割、低速锯、冲压器等进行切割。

在一个具体的实施例中，在机械减薄工序中，可对待加工样品块顺序进行砂纸研磨和凹坑研磨。在进行砂纸研磨时可以按照从粗砂纸到细砂纸的顺序进行。凹坑研磨可选择常用的凹坑研磨仪进行。

在一个具体的实施例中，在刻蚀减薄工序中，可先利用聚焦离子束对待加工样品块进行多步刻蚀，直到样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求(如厚度小于100nm)。在多步刻蚀中，下一步刻蚀中采用的离子束电压和电流可小于上一步刻蚀中采用的离子束电压和电流，也就是说，多步刻蚀中的离子束电压和电流逐步减小，每一步刻蚀中离子束的电压和电流能够配合保证刻蚀的速度和样品损伤的平衡即可。在将样品块减薄到厚度符合要求后，可再利用离子束扫描减薄后的样品块的表面，以扫除样品块表面可能产生的非晶层。

以上介绍了本发明的透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法的各环节的多种实施方式，下面通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与效果。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

本实施例中选择微米级无机粉末为待观察的粉末样品。

本实施例的透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法包括以下步骤：

(1)取一片滤纸，在滤纸上放置锡铅合金焊剂层，把粒径为1-10μm的待观察的粉末样品放置在锡铅合金焊剂层上，粉末样品上方用锡铅合金焊剂覆盖，如图2所示。

(2)对上述处理后的样品在加热台上加热至200℃，使锡铅合金焊剂融化并与粉末样品混合，冷却后在加压装置中加压25kN，保持5min，使二者被压实，完成加压成型。

(3)利用石蜡把(2)处理过的样品粘在载玻片上。

(4)取适量金刚砂放在小烧杯中，与水混合，搅拌均匀得到金刚砂悬浮液。

(5)把样品连同载玻片整体放在线锯中，固定线托，调整轮子高度并调整线锯转速至合理转速，边加金刚砂悬浮液边调动螺丝使轮子缓慢降下，以对样品的一个边进行切断。

(6)重复步骤(5)完成样品的各边切割，制备出3mm*3mm尺寸的样品。

(7)加热融化石蜡，把切好的样品从载玻片上取下来，用丙酮清洗样品，再超声波清洗约1min，完毕之后取出样品。

(8)用玻璃刀从干净的载玻片上切出约1cm*1cm的玻璃片，用酒精擦拭干净。

(9)把样品托放到加热台上，用丙酮清洗样品托后，用石蜡涂抹一圈，把1cm*1cm的玻璃片平整地贴在样品托上，此时1cm*1cm的玻璃片下方通过石蜡与样品托贴合。

(10)把小块石蜡放在1cm*1cm的玻璃片上方，在石蜡完全融化后，把清洗后的3mm*3mm的样品放在玻璃片上面，之后把样品托取下，等待石蜡冷却后，样品与玻璃片、以及玻璃片与样品托之间紧密贴合。

(11)把样品托的样品朝下、托底朝上嵌入大托中，利用撒过水的砂纸对大托上的样品前后往复研磨多次(如10次)，转90°，再前后研磨多次，重复该过程，直至通过光学显微镜观察到样品的多个方向上均为无发亮的刮痕。控制本步骤研磨掉的厚度大约是样品原始厚度的1/2。

(12)使用抛光膏和水对样品进行抛光，直至通过光学显微镜观察到样品表面只出现少许亮点。本步骤中，如果通过光学显微镜观察到某一方向有较多刮痕，则抛光时应垂直于该方向进行抛光。

(13)把抛光后的样品放到加热台上，待石蜡融化后把玻璃片连同样品取下来，以丙酮进行清洗，再以酒精把样品擦拭干净。

(14)按照步骤(11)的研磨方式对样品再次进行研磨，并逐渐从粗砂纸更换到细砂纸，磨到肉眼观察样品表面与玻璃片平齐(此时样品厚度大约在70-80μm内)，最后通过光学显微镜观察到样品的四角发红光则停止。

(15)对凹坑仪进行对中，之后把磨过的样品连同样品托放在凹坑仪上，把金刚石研磨膏涂在样品上，通过毛毡轮进行凹坑研磨。在研磨过程中以光学显微镜进行观察，当光学显微镜下样品中心明显发红光时，减小磨轮的载荷，继续凹坑研磨并用光学显微镜观察，直到样品中心发黄色且出现干涉条纹为最理想状态。

(16)将凹坑研磨后的样品与擦拭干净的单孔钼环贴合。

(17)利用黏胶(如AB胶)将样品与钼环粘结在一起，其中，通过调节钼环的位置使样品的最薄点位于钼环中心。

(18)磨掉钼环以外的样品部分，将玻璃片连同样品浸泡在丙酮中并进行加热以使样品从玻璃片上脱落。

(19)把样品和铜网放入聚焦离子束设备(本实施例中为FEI Helios 600i聚焦离子束设备)的样品室，并对样品室抽真空。

(20)分别打开聚焦离子束设备的电子束电流和离子束电流。

(21)在电子束图像下，选取样品中的一个特征点(如与样品表面高度差别不大的样品表面的小颗粒、条纹等特征点)，使其聚焦清楚。具体地，先点击连接，再调整Z方向高度(如调为Z＝4)。

(22)将聚焦离子束设备的样品台的倾转角(Tilt，即样品台平面与水平面的夹角)从小到大调节至目标倾转角附近，在调节倾转角过程中调节样品台的高度使得该特征点位于屏幕中心，并使最终倾转角时该特征点聚焦清楚。具体地，把倾转角从10°逐渐调为20°、30°、40°，最后调至52°。

(23)关闭电子束，离子束电流和电压分别调节为30kV、9.3nA，在矩形模式下设置参数以刻蚀掉样品的表层，参数示例如下：

应用硅

X方向尺寸25.0μm

Y方向尺寸20.0μm

Z方向尺寸1.0μm。

(24)在离子束电压30kV、电流80pA下，在刻蚀的矩形中心位置沉积铂，以保护部分样品不受损伤，沉积参数示例如下：

应用铂沉积

X方向尺寸10.0μm

Y方向尺寸1.2μm

Z方向尺寸1.0μm。

(25)利用聚焦离子束在沉积铂的下侧和上侧刻蚀凹槽。

把离子束的参数改为：

规则横截面

应用硅-多程

X方向尺寸15.0μm

Y方向尺寸4.0μm

Z方向尺寸6.0μm

扫描方向：从顶部到底部(即，聚焦离子束从远离铂沉积处刻蚀，逐渐向铂沉积处靠近)，从而在沉积铂的下侧刻蚀凹槽。

把离子束的参数改为：

规则横截面

应用硅-多程

X方向尺寸15.0μm

Y方向尺寸4.0μm

Z方向尺寸6.0μm

扫描方向：从底部到顶部(即，聚焦离子束从远离铂沉积处刻蚀，逐渐向铂沉积处靠近)，从而在沉积铂的上侧刻蚀凹槽。

在刻蚀凹槽的过程中保持离子束电压30kV不变，把电流从0.79nA降到0.43nA再降到0.23nA，并且设置倾转角50.5°时刻蚀沉积铂的上侧，倾转角53.5°时刻蚀沉积铂的下侧，刻蚀过程中逐渐逼近沉积铂的位置。

(26)把倾转角调为7°，设置离子束电压30kV、电流0.79nA，在凹槽中选取L型位置，刻蚀掉沉积铂下方样品的底边和左侧侧边，并把倾转角调为10°和20°，通过电子束图像判断刻蚀是否成功。

(27)刻蚀成功后，把倾转角调为0°，打开电子束图像和离子束图像，调整离子束和电子束为样品的同一位置，并记录该样品位置1。

(28)将样品台和样品移出屏幕视野，放入机械臂，调共轴高度，通过连续调节机械臂的坐标使得机械臂针尖同时位于电子束、离子束图像的中心，关闭电子束、离子束图像。

(29)打开离子束图像，设置离子束电压30kV、电流2.5nA，用离子束刻蚀机械臂针尖，使其尖端保持细小。

(30)使机械臂退回共轴高度，撤回机械臂。

(31)使样品回到记录的样品位置1，放入机械臂，使电子束和离子束图像都打开，电子束电压和电流为5.0kV和86pA，离子束电压和电流为30.0kV和24pA。

(32)使机械臂的针尖逐渐靠近样品，在针尖比较靠近样品时，勾选铂沉积。

(33)在机械臂针尖移动到接触样品时关掉电子束图像，在离子束电压30.0kV、电流80pA条件下沉积铂，使得机械臂针尖和样品薄片的左侧相连。沉积完之后为减小再沉积现象的影响，等待2-3min。

(34)调整离子束电压和电流为30.0kV和0.79nA，离子束刻蚀切断样品薄片的右侧。

(35)在电子束和离子束图像均打开，电子束电压5.0kV、电流86pA，离子束电压30.0kV、电流24pA条件下降低样品台高度，使得机械臂针尖连同上面粘取的样品薄片与样品块体保持一定距离后，取消勾选铂沉积，并使机械臂针尖退回共轴位置，回到Park位置，最后撤回机械臂。

(36)在电子束图像下找到铜网所在位置，使其聚焦清楚。把倾转角从小至大逐步调为10°、20°、30°、40°、52°，对样品进行合轴，合完轴的样品保持在52°位置。

(37)分别在电子束图像和离子束图像下使铜网的位置处于屏幕中心。

(38)把倾转角调为0°，放大倍数调小，机械臂放入，此时电子束和离子束图像都打开。

(39)把带有样品的机械臂针尖缓慢靠近铜网，在距离铜网一定距离时，勾选铂沉积，再把样品移动接近铜网，期间缓慢减小移动速度，直到样品与铜网刚好实现接触时停止移动。

(40)在离子束电压30.0kV、电流80pA条件下沉积铂，使得样品薄片的右侧与铜网相连。为减小再沉积现象的影响，沉积完等待2-3min。

(41)在离子束电压30.0kV、电流0.79nA条件下刻蚀掉机械臂针尖与样品左侧的连接，此时样品右侧与铜网连接固定。

(42)关掉离子束图像，在电子束图像下把粘在铜网上的样品聚焦清晰，把倾转角从小至大逐步调为10°、20°、30°、40°、52°，对样品进行合轴，合完轴的样品保持在52°位置。

(43)关掉电子束图像，在离子束电压30kV、电流80pA条件下对样品进行减薄，根据离子束图像的测量结果判断样品当前的厚度，直到减薄至1μm时执行下一步。

(44)在离子束电压16kV、电流50pA条件下对样品进行减薄，根据离子束图像的测量结果判断样品当前的厚度，直到减薄至700-800nm时执行下一步，其中，在倾转角50.5°时用离子束对样品的上边缘刻蚀减薄，倾转角53.5°时用离子束对样品的下边缘刻蚀减薄。

(45)在离子束电压8kV、电流66pA条件下对样品进行减薄，根据离子束图像的测量结果判断样品当前的厚度，直到减薄至300-400nm时执行下一步，其中，在倾转角50.5°时用离子束对样品的上边缘刻蚀减薄，倾转角53.5°时用离子束对样品的下边缘刻蚀减薄。本步骤中，如果66pA电流较大，可改用21pA，电压仍为8kV保持不变。

(46)在离子束电压5kV、电流15pA条件下对样品进行减薄，综合离子束图像的测量结果和电子束图像的衬度判断样品当前的厚度，直到减薄至100nm以下时执行下一步，其中，在倾转角50.5°时用离子束对样品的上边缘刻蚀减薄，倾转角53.5°时用离子束对样品的下边缘刻蚀减薄。

(47)在离子束电压2kV、电流23pA条件下对样品进行扫非晶，此时离子束图像下选中薄区所在的区域整体，设置时间为20s，样品台的倾转角为47°和57°，这两个角度情况下都扫除前面步骤中可能产生的非晶层。最终得到的减薄样品的侧视图如图4所示。

需要说明的是，步骤(43)至(46)的减薄过程中可以借助聚焦离子束设备所包含的扫描电子显微镜进行原位观察薄膜样品的形貌和变化情况。

本实施例中采用低温锡铅合金焊剂对待观察的无机粉末样品进行包埋，并通过机械研磨的初次减薄和聚焦离子束刻蚀的二次减薄，高效、稳定地制备出厚度均匀的满足要求的观察样品。

实施例2

实施例2与实施例1的区别仅在于：

(1)取一片滤纸，在滤纸上放置锡铅合金焊剂层，把粒径为1-10μm的待观察的粉末样品放置在锡铅合金焊剂层上，粉末样品上方用锡铅合金焊剂层覆盖，并在上方锡铅合金焊剂层上加入导电聚合物粉末，如图3所示。当然，也可以在下层锡铅合金焊剂层下也放置导电聚合物粉末。

(2)对上述处理后的样品在加热台上加热至200℃，使锡铅合金焊剂融化并与粉末样品混合，导电聚合物进入已包覆颗粒之间的缝隙中，冷却后在加压装置中加压25kN，保持5min，使三者被压实，完成加压成型。

本实施例中采用低温锡铅合金焊剂对待观察的无机粉末样品进行包埋并配合导电聚合物进行已包覆颗粒之间缝隙的填充，有效地减轻或防止减薄过程中样品龟裂的现象，提高了所制备样品的质量。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种透射电子显微镜的微米级粉末样品的制备方法，其特征在于，包括：

将待观察的微米级粉末包埋在低温焊剂中形成待加工样品块；

对所述待加工样品块进行减薄直到所述样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求，以得到最终样品。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述低温焊剂选自低温合金焊剂或低温金属焊剂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述待观察的微米级粉末为无机材料粉末；

所述待观察的微米级粉末的粒径小于或等于10μm；

所述最终样品的厚度小于100nm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述将待观察的微米级粉末包埋在低温焊剂中形成待加工样品块的步骤包括：

将所述待观察的微米级粉末置于上下两层所述低温焊剂之间；

加热至指定温度使所述低温焊剂融化，以使所述待观察的微米级粉末被所述低温焊剂包覆形成混合物，其中，所述指定温度大于或等于所述低温焊剂的熔点；

对所述混合物冷却后加压成型，得到所述待加工样品块。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述将待观察的微米级粉末包埋在低温焊剂中形成待加工样品块的步骤包括：

将所述待观察的微米级粉末置于上下两层所述低温焊剂之间，并在上层所述低温焊剂的上方加入导电聚合物粉末；

加热至指定温度使所述低温焊剂融化，以使所述待观察的微米级粉末被所述低温焊剂包覆后与所述导电聚合物粉末混合得到混合物，其中，所述指定温度大于或等于所述低温焊剂的熔点；

对所述混合物冷却后加压成型，得到所述待加工样品块。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，

所述导电聚合物选自聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩和聚吡咯中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述对所述待加工样品块进行减薄直到所述样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求的步骤包括：

对所述待加工样品块进行机械减薄；

通过聚焦离子束刻蚀对所述待加工样品块进行减薄，直到所述样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，

所述对所述待加工样品块进行机械减薄的步骤包括：

对所述待加工样品块顺序进行砂纸研磨和凹坑研磨。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，

所述通过聚焦离子束刻蚀对所述待加工样品块进行减薄，直到所述样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求的步骤包括：

利用聚焦离子束对所述待加工样品块进行多步刻蚀，直到所述样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求；其中，在所述多步刻蚀中，下一步刻蚀中采用的离子束电压和电流小于上一步刻蚀中采用的离子束电压和电流。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，

所述通过聚焦离子束刻蚀对所述待加工样品块进行减薄，直到所述样品块的厚度符合透射电子显微镜的观察要求的步骤还包括：

在所述多步刻蚀之后，利用聚焦离子束扫除所述样品块表面的非晶层。

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