CN212277151U - 一种透射电镜高分辨原位温差芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种透射电镜高分辨原位温差芯片，包括双面覆盖有绝缘层的基片，该基片的正面上设置有加热层，所述加热层包括两对称设置的加热单元，每一加热单元都包括由加热丝构成的加热区、两接触电极以及连接加热丝和接触电极的连接线路，其中，加热丝布设形成大致方形的加热区，两个接触电极位于基片的同侧边缘；两加热单元的加热区之间具有用来搭载样品的缝隙；所述基片除加热单元外的区域被腐蚀镂空，从而形成用于支撑加热区的第一支撑区域和用于支撑连接线路的第二支撑区域，该芯片具有快速升降温、精准测温控温、持续维持精准温差、分辨率高、样品漂移率低的优点。

Description

一种透射电镜高分辨原位温差芯片

技术领域

本实用新型涉及原位表征领域，具体是涉及一种透射电镜高分辨原位温差芯片及其制备方法。

背景技术

原位透射电镜技术以其超高空间分辨率(原子级)以及超快时间分辨率(毫秒级)的优势而被广泛应用于各个科学领域中，这为研究人员对新型材料微观结构的探索提供全新的思路和研究方法。主要表现为在电镜中搭建可视化的窗口，引入比如热场、光场、电化学场等外场作用，对样品形貌进行实时动态的原位测试，从而得到材料性质和其结构的直接关联。研究学者可以通过原位测试技术捕获样品对环境的动态感应，包括尺寸、形态、晶体结构、原子结构、化学健、热能变化等重要信息。外场作用下材料在原子尺度的形态变化成为了材料研究和开发的根本。可以广泛用于显微结构分析、纳米材料研究的观测等，在生物、材料、半导体电子材料方面具有极高的应用价值。

目前原位芯片还存在升降温速率低、测温控温准确性不足、分辨率较低、样品漂移率高等缺陷，且没有可以对微米级样品实现持续精准温差的芯片结构。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种具有快速升降温、精准测温控温、持续维持精准温差、分辨率高、样品漂移率低的透射电镜高分辨原位温差芯片。

具体方案如下：

一种透射电镜高分辨原位温差芯片，包括双面覆盖有绝缘层的基片，该基片的正面上设置有加热层，所述加热层包括两对称设置的加热单元，每一加热单元都包括由加热丝构成的加热区、两接触电极以及连接加热丝和接触电极的连接线路，其中，加热丝布设形成大致方形的加热区，加热丝相互之间具有一定的间距，互不接触，两个接触电极位于基片的同侧边缘；两加热单元的加热区之间具有用来搭载样品的缝隙；所述基片除加热单元外的区域被腐蚀镂空，从而形成用于支撑加热区的第一支撑区域和用于支撑连接线路的第二支撑区域。

进一步的，所述基片为硅基片，所述绝缘层为氮化硅或者氧化硅绝缘层。

进一步的，该透射电镜高分辨原位温差芯片的外形尺寸为2*2-10*10mm。

进一步的，该透射电镜高分辨原位温差芯片的外形尺寸为4*8mm。

进一步的，所述第一支撑区域的尺寸为0.2*0.2mm-0.8*0.8mm；所述第二支撑区域的尺寸为0.5*0.2mm-2.5*0.8mm；两个加热区之间缝隙的尺寸为0.01*0.2mm-0.05*0.8mm。

进一步的，所述绝缘层的厚度为5-200nm；所述基片的厚度为50-500um。

进一步的，每一所述加热区均设置有一组等效电路，该等效电路可同时实现供电产热以及实时监控加热丝发热后的电阻值。

进一步的，所述加热丝组成的加热区的边长为0.15-0.5mm，厚度为50nm-500nm。

进一步的，所述加热丝采用的是材料金、铂、钯、铑、钼、钨、铂铑合金或非金属的碳化钼。

本实用新型提供的透射电镜高分辨原位温差芯片与现有技术相比较具有以下优点：本实用新型提供的透射电镜高分辨原位温差芯片的加热区周围隔热面积大、两个加热单元有微米级间距，可实现微米尺寸样品搭载，而且可通过程序控温，实现精准的温差控制和快速的升降温。

附图说明

图1透射电镜高分辨原位温差芯片的俯视图。

图2示出了加热区的放大图。

图3示出了图1中A-A处的剖视图。

图4示出了图2中B-B处的剖视图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

实施例1

如图1-图4所示的，本实施例提供了一种透射电镜高分辨原位温差芯片，包括一基片1，该基片1的正面和背面上均覆盖有一绝缘层10。其中本实施例中的基片为硅基片，绝缘层为氮化硅或者氧化硅绝缘层。

基片1的正面上设置有加热层11，该加热层11包括两对称设置的加热单元，每一加热单元都包括由加热丝111构成的加热区、两接触电极112以及连接加热丝111和接触电极112的连接线路113，其中，加热丝111布设形成大致方形的加热区，加热丝111相互之间具有一定的间距，互不接触，两个接触电极112位于基片1的同侧边缘。

两加热单元的加热区之间有适当的缝隙、互不接触，以用来搭载样品；以样品搭载区为中心，基片1的中部上除用于支撑加热丝111和连接线路113外的区域镂空设置，即该基片1的中部上除用于支撑加热丝111和连接线路113外的区域被腐蚀镂空，从而形成用于支撑加热区的第一支撑区域101和用于支撑连接线路113的第二支撑区域102。

其中，作为本实施例的一优选方案，该透射电镜高分辨原位温差芯片的外形尺寸优选为2*2-10*10mm；更优选为4*8mm。

作为本实施例的一优选方案，第一支撑区域101的尺寸优选为0.2*0.2mm-0.8*0.8mm；第二支撑区域102的尺寸优选为0.5*0.2mm-2.5*0.8mm；两个加热区之间的缝隙尺寸为0.01*0.2mm-.05*0.8mm。

作为本实施例的一优选方案，绝缘层10的厚度为5-200nm；基片1的厚度为50-500um。

作为本实施例的一优选方案，每一加热单元设置为一组等效电路，所述等效电路可同时实现供电产热以及实时监控加热丝发热后的电阻值。

优选的，加热丝组成的加热区的边长为0.15-0.5mm，厚度为50nm-500nm。

优选的，加热丝采用的是金属金、铂、钯、铑、钼、钨、铂铑合金或非金属的碳化钼。

实施例2

本实施例提供了一种透射电镜高分辨原位温差芯片的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

S1.准备双面具有低压化学气相沉积的氮化硅或氧化硅绝缘层的Si(100)晶圆A，绝缘层的厚度为5-200nm，以晶圆A的两面分别定义为正面和背面；

S2.通过光刻工艺，将加热区、接触电极以及两者之间的连接线路从光刻掩模版转移到上述晶圆的正面，然后在正交显影液中显影，再用去离子水清洗表面得到晶圆A-1；

优选的，所述光刻工艺在紫外光刻机的hard contact模式下曝光；光刻工艺中的光刻胶为AZ5214E；显影的时间为50s；

更优选的，曝光时间为15s；

S3.通过反应离子刻蚀工艺，将在晶圆A-1的正面加热单元图案处的绝缘层刻蚀掉，得到晶圆A-2；

S4.利用热蒸发镀膜工艺，在晶圆A-2正面蒸镀金属材料形成加热电极，然后将晶圆正面朝上放入丙酮中浸泡，最后用丙酮冲洗，去掉光刻胶，得到晶圆A-3；

优选的，所述金属加热丝的金属为金属金、铂、钯、铑、钼、钨、铂铑合金或非金属的碳化钼；所述金属加热丝的厚度为50nm-500nm；

S5.利用PECVD工艺，在晶圆A-3正面支撑加热丝的硅区域上生长一层氮化硅或氧化硅或氧化铝作为保护层，得到晶圆A-4；

优选的，保护层的厚度为30-150nm；

S6.利用光刻工艺，将待腐蚀区域从光刻掩膜版转移到上述晶圆的背面，然后在正胶显影液中显影，再用去离子水清洗表面得到晶圆A-5；

优选的，所述光刻工艺为在紫外光刻机的hard contact模式下曝光；光刻工艺中使用的光刻胶为AZ5214E；显影的时间为65s；

更优选的，曝光的时间为20s；

S7.利用反应离子刻蚀工艺，将晶圆A-5背面待腐蚀区域上的氮化硅或氧化硅或氧化铝刻蚀掉，然后将晶圆背面朝上先后放入丙酮中浸泡，最后用丙酮冲洗，去掉光刻胶，得到晶圆A-6；

S8.将晶圆A-6的背面朝上放入氢氧化钾溶液中进行湿法刻蚀，直至裸露的基底硅完全腐蚀完，取出晶圆用大量去离子水冲洗后吹干，得到晶圆A-7；

优选的，所述氢氧化钾溶液的质量百分比浓度为20％；刻蚀的温度为70-90℃，刻蚀的时间为1.5-4h；

更优选的，刻蚀的温度为80℃；刻蚀的时间为2h；

优选的，加热丝的硅支撑层尺寸为0.3*0.3mm-0.5*0.5mm；接触电极与加热丝之间的硅支撑层尺寸为1.0*0.2mm-2.0*0.4mm；两个微型加热器之间的缝隙尺寸为0.01*0.3mm-0.02*0.5mm；

S9.将晶圆A-7进行激光划片，分成独立芯片。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种透射电镜高分辨原位温差芯片，其特征在于：包括双面覆盖有绝缘层的基片，该基片的正面上设置有加热层，所述加热层包括两对称设置的加热单元，每一加热单元都包括由加热丝构成的加热区、两接触电极以及连接加热丝和接触电极的连接线路，其中，加热丝布设形成大致方形的加热区，加热丝相互之间具有一定的间距，互不接触，两个接触电极位于基片的同侧边缘；两加热单元的加热区之间具有用来搭载样品的缝隙；所述基片除加热单元外的区域被腐蚀镂空，从而形成用于支撑加热区的第一支撑区域和用于支撑连接线路的第二支撑区域。

2.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位温差芯片，其特征在于：所述基片为硅基片，所述绝缘层为氮化硅或者氧化硅绝缘层。

3.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位温差芯片，其特征在于：该透射电镜高分辨原位温差芯片的外形尺寸为2*2-10*10mm。

4.根据权利要求3所述的透射电镜高分辨原位温差芯片，其特征在于：该透射电镜高分辨原位温差芯片的外形尺寸为4*8mm。

5.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位温差芯片，其特征在于：所述第一支撑区域的尺寸为0.2*0.2mm-0.8*0.8mm；所述第二支撑区域的尺寸为0.5*0.2mm-2.5*0.8mm；两个加热区之间缝隙的尺寸为0.01*0.2mm-0.05*0.8mm。

6.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位温差芯片，其特征在于：所述绝缘层的厚度为5-200nm；所述基片的厚度为50-500um。

7.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位温差芯片，其特征在于：每一所述加热区均设置有一组等效电路，该等效电路可同时实现供电产热以及实时监控加热丝发热后的电阻值。

8.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位温差芯片，其特征在于：所述加热丝组成的加热区的边长为0.15-0.5mm，厚度为50nm-500nm。

9.根据权利要求1所述的透射电镜高分辨原位温差芯片，其特征在于：所述加热丝采用的是材料金、铂、钯、铑、钼、钨、铂铑合金或非金属的碳化钼。

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