WO2020182184A1 - 一种透射电镜原位电化学检测芯片、原位液体池芯片、原位加热芯片及其制备方法 - Google Patents

一种透射电镜原位电化学检测芯片、原位液体池芯片、原位加热芯片及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020182184A1
WO2020182184A1 PCT/CN2020/078968 CN2020078968W WO2020182184A1 WO 2020182184 A1 WO2020182184 A1 WO 2020182184A1 CN 2020078968 W CN2020078968 W CN 2020078968W WO 2020182184 A1 WO2020182184 A1 WO 2020182184A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
silicon substrate
situ
silicon nitride
silicon
substrate
Prior art date
Application number
PCT/CN2020/078968
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
廖洪钢
Original Assignee
厦门超新芯科技有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CN201910182781.3A external-priority patent/CN110514677A/zh
Priority claimed from CN201910182770.5A external-priority patent/CN110501365A/zh
Priority claimed from CN201911034173.4A external-priority patent/CN110736760B/zh
Application filed by 厦门超新芯科技有限公司 filed Critical 厦门超新芯科技有限公司
Publication of WO2020182184A1 publication Critical patent/WO2020182184A1/zh

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • C23C14/30—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/20008—Constructional details of analysers, e.g. characterised by X-ray source, detector or optical system; Accessories therefor; Preparing specimens therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/20058—Measuring diffraction of electrons, e.g. low energy electron diffraction [LEED] method or reflection high energy electron diffraction [RHEED] method
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/2202—Preparing specimens therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
    • G01N23/2251—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion using incident electron beams, e.g. scanning electron microscopy [SEM]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/20—Means for supporting or positioning the objects or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support

Definitions

  • the invention relates to the field of chips, in particular to a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip, an in-situ liquid pool chip, an in-situ heating chip and a preparation method thereof.
  • TEM Transmission Electron Microscope
  • the sample carrier sample stage is matched with an in-situ detection chip to achieve nanometer resolution.
  • the in-situ detection chip can integrate functions such as physics and chemistry to achieve patterning and functionalization. It has advantages in molecular biology, chemical engineering, and medical semiconductor electronic materials. Very high application value. Build a visual window in the transmission electron microscope, and introduce external field effects such as thermal field, light field, electrochemical field, etc., to conduct real-time dynamic in-situ observation of the sample.
  • In-situ transmission electron microscopy technology is widely used in various scientific fields due to its ultra-high spatial resolution (atomic level) and ultra-fast time resolution (millisecond level) advantages, which provides researchers with the opportunity to explore the microstructure of new materials Brand new ideas and research methods.
  • in-situ transmission electron microscopy technology has successfully introduced external excitation signals such as atmosphere, electric field, and thermal field.
  • transmission electron microscopy imaging in in-situ liquid environment poses greater challenges due to its high vacuum internal environment.
  • in-situ transmission electron microscopy liquid cells with different structures and functions have been developed and improved.
  • in-situ liquid reaction liquid cells and graphene liquid cells have achieved atomic resolution.
  • researchers can analyze the morphology, surface and interface components, and atomic structure of materials at the atomic scale in this micro-nano reactor to explore the relationship between the microstructure of the material and the properties of the material.
  • In-situ transmission electron microscopy technology is widely used in various scientific fields due to its ultra-high spatial resolution (atomic level) and ultra-fast time resolution (millisecond level) advantages, which provides researchers with the opportunity to explore the microstructure of new materials Brand new ideas and research methods.
  • the main performance is to build a visual window in the electron microscope, introduce external field effects such as thermal field, light field, electrochemical field, etc., to conduct real-time dynamic in-situ testing of samples.
  • researchers can use in-situ testing techniques to capture the dynamic response of samples to the environment, including important information such as size, shape, crystal structure, atomic structure, chemical health, and thermal energy changes.
  • the morphological changes of materials at the atomic scale under the action of external fields have become the basis of material research and development. It can be widely used in microstructure analysis, observation of nanomaterials research, etc. It has extremely high application value in biology, materials, and semiconductor electronic materials.
  • the invention provides a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip and a manufacturing method thereof, and its purpose is to realize the integrated design of the in-situ electrochemical detection chip, and at the same time solve the problem of inaccurate control potential after the in-situ chip introduces an electric field.
  • the invention provides a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip, which includes an upper plate and a lower plate.
  • the upper sheet is made of a silicon substrate with silicon nitride layers on both sides, and the upper silicon substrate has two symmetrical liquid injection ports and an electron beam window; the upper silicon substrate One side is provided with a metal bonding layer.
  • the lower sheet is made of a silicon substrate with an insulating layer and a silicon nitride layer on both sides, and a three-electrode system of a reference electrode, a working electrode and a counter electrode is provided on one side of the silicon substrate of the lower sheet; An observation window is arranged at the center of the sheet; the upper sheet and the lower sheet are bonded by a metal bonding layer.
  • the electron beam window of the upper film is vertically aligned with the observation window of the lower film, and the size is the same.
  • the present invention provides a method for manufacturing a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip.
  • the manufacturing method includes the following steps:
  • Step S1 Making the film
  • Step S2 Make the next film
  • Step S3 The upper sheet and the lower sheet are bonded through the metal bonding layer to form an integrated transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip.
  • the top sheet has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and step S1 of the top sheet manufacturing method is as follows:
  • S102 Use a photolithography process to expose for 10-30s in an ultraviolet lithography machine, transfer the liquid injection port pattern from the photolithography mask to the first surface of the silicon substrate in S101, and then develop it in a positive gel developer for 30 -60s, then clean the surface with deionized water;
  • S105 Use a photolithography process to expose for 10-30s in an ultraviolet lithography machine, transfer the electron beam window pattern from the photolithography mask to the first surface of the silicon substrate in S104, and then develop it in a positive gel developer for 30 -60s, then clean the surface with deionized water;
  • S109 Perform laser scribing on the silicon substrate produced in S108 and divide it into independent wafers.
  • the lower sheet has a third surface and a fourth surface opposite to the third surface, and step S2 of the lower sheet manufacturing method is as follows:
  • S202 Use a photolithography process to expose for 10-30s in an ultraviolet lithography machine, and transfer the three electrode patterns of the reference electrode, working electrode and counter electrode from the photolithography mask to the third surface of the silicon substrate in S201, and then Develop for 30-60s in a positive rubber developer, and then clean the surface with deionized water;
  • S207 Perform laser scribing on the silicon substrate produced in S206, and divide it into independent pieces.
  • step S3 of the manufacturing method is as follows:
  • the upper and lower sheets made in S109 and S207 are bonded by a metal bonding layer, and assembled into an integrated transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip.
  • both sides of the upper and lower silicon substrates are covered with a layer of silicon nitride.
  • the thickness of the silicon nitride layer is 5-200 nm.
  • the silicon nitride film can be used as a thin film material for the upper electron beam viewing window and the lower observation window; at the same time, the lower observation window silicon nitride film can also be used as a sample support Layer, effectively improve imaging resolution and reduce background noise.
  • both sides of the lower silicon substrate are covered with an insulating layer.
  • the material of the insulating layer is aluminum oxide, and the thickness is 20-500 nm.
  • the aluminum oxide insulating layer covers the silicon nitride layer.
  • the silicon nitride layer and aluminum oxide insulating layer can be used as a composite insulating layer.
  • the composite insulating layer isolates the silicon substrate of the lower sheet from the reference electrode, the working electrode, and the counter electrode.
  • the silicon nitride insulating layer isolates the upper silicon substrate and the metal bonding layer.
  • the electron beam window of the top sheet is arranged at the center position of the line connecting the two symmetrical liquid injection ports.
  • the lower sheet is provided with a three-electrode system of a reference electrode, a working electrode and a contrast electrode.
  • This three-electrode system is more accurate in controlling the potential, and the external power supply can be controlled by a professional electrochemical workstation.
  • the electrode material of the three-electrode structure is 30nm-150nm Au.
  • the reference electrode and the working electrode are on one side, and the counter electrode is on the other side.
  • the tip of the working electrode is located in the observation window, which is convenient for observing the electrochemical reaction occurring on the working electrode.
  • the narrowest part of the working electrode is 3um wide. Too wide will exceed the width of the observation window, and too narrow will greatly increase the difficulty of photolithography.
  • the counter electrode adopts a semicircular pattern to form a uniform electric field, the counter electrode is a semicircular pattern with a diameter of 700um, and the distance between the counter electrode and the working electrode is 20-5000um.
  • the thickness of the metal bonding layer is 50-2000 nm, and the metal used can be aluminum, copper, titanium, iron, gold, platinum, palladium, indium, and tin.
  • the thickness of the bonding layer determines the thickness of the observed sample liquid layer.
  • the bonding method of the upper sheet and the lower sheet is to bond the second surface of the upper sheet to the third surface of the lower sheet by thermal evaporation of a metal bonding layer, An integrated transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip is formed.
  • the invention provides a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip, which has a three-electrode system of reference electrode, counter electrode and working electrode, which can form a uniform electric field.
  • This three-electrode system can control the potential more accurately, and the external power supply can be professional Electrochemical workstation regulation.
  • the invention provides a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip, which has aluminum oxide and silicon nitride as a composite insulating layer, which has high safety, and uses a silicon nitride layer as a support layer to effectively improve imaging resolution and reduce background noise.
  • the invention provides a method for manufacturing a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip.
  • the upper and lower sheets are bonded through a metal bonding layer to realize integrated design and production.
  • the sample can be directly added through the liquid injection port , Just close the liquid injection port, easy to operate.
  • the present invention provides an in-situ liquid cell chip and a manufacturing method thereof. Its purpose is to realize the integrated design of the in-situ liquid cell chip, while solving the problem of low spatial resolution, poor sealing, and Liquid leakage and other problems that affect the quality of testing.
  • the present invention provides an in-situ liquid pool chip and a manufacturing method thereof.
  • the in-situ liquid pool chip includes a cover sheet and a bottom sheet.
  • the cover sheet is made of a silicon substrate with silicon nitride film layers on both sides.
  • the cover sheet has two symmetrical liquid injection ports and an electron beam window at the center;
  • the bottom sheet is made of a silicon substrate with silicon nitride film layers on both sides, and the bottom sheet includes an adhesive layer and Observation window, the adhesive layer is generally a metal bonding layer, and the observation window is located at the center of the backsheet;
  • the cover sheet and the backsheet are bonded by the metal bonding layer bonding layer, and the observation window of the backsheet is connected to the
  • the electron beam windows of the cover sheet are vertically aligned and have the same size.
  • the present invention provides an in-situ liquid pool chip and a manufacturing method thereof.
  • the manufacturing method includes the following steps:
  • Step S1 Making a negative film
  • Step S2 making a cover sheet
  • Step S3 The cover sheet and the bottom sheet are bonded through the metal bonding layer to form an integrated in-situ liquid pool chip.
  • the base sheet has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and the base sheet manufacturing step S1 is as follows:
  • step S105 Use a photolithography process to expose for 10-30s in an ultraviolet lithography machine, transfer the metal bonding layer pattern from the photolithography mask to the first surface of the silicon substrate produced in step S104, and then place it in a positive resist developer Develop for 30-60s, then rinse with deionized water;
  • cover sheet has a third surface and a fourth surface opposite to the third surface, and the manufacturing steps of the cover sheet are as follows:
  • S202 Using a photolithography process, expose the silicon substrate in S201 to an ultraviolet lithography machine for 10-30 seconds, transfer the liquid injection port pattern from the photolithography mask to the third surface of the silicon substrate, and then apply it to the positive resist developer Develop for 30-60s, then clean the surface with deionized water;
  • S205 Use a photolithography process to expose for 10-30s in an ultraviolet lithography machine, transfer the electron beam window pattern from the photolithography mask to the third surface of the silicon substrate produced in S204, and then develop it in a positive gel developer for 30 -60s;
  • S208 Perform laser scribing on the silicon substrate produced in S207 and divide it into independent cover sheets.
  • step S3 of the manufacturing method is as follows:
  • the bottom sheet and the cover sheet made in S107 and S208 are bonded through a metal bonding layer to be assembled into an integrated in-situ liquid cell chip.
  • both sides of the silicon substrate of the cover sheet and the bottom sheet are covered with a layer of silicon nitride film.
  • the thickness of the silicon nitride film layer is 5-200 nm.
  • the silicon nitride film layer can be used as the film material of the cover sheet electron beam window; the silicon nitride film layer can be used as the support layer of the sample at the observation window of the film, super
  • the thin silicon nitride window film effectively improves the imaging resolution and reduces background noise.
  • the size of the electron beam window of the cover sheet and the observation window of the negative sheet are both 30um*50um, and they are vertically aligned.
  • the bonding layer is generally a metal bonding layer.
  • the thickness of the metal bonding layer is 50-2000 nm, and the metal used can be aluminum, copper, titanium, iron, gold, platinum, palladium, indium, and tin.
  • the observation window of the base sheet is aligned with the electron beam window of the cover sheet, and the second surface of the cover sheet and the third surface of the base sheet pass through a metal bonding layer The bonding layer is bonded.
  • the invention provides an in-situ liquid pool chip, the electron beam window and the observation window use a silicon nitride film layer as a support layer, which effectively improves the imaging resolution and reduces background noise.
  • the thickness of the metal bonding layer is controllable, so that the liquid layer of the observed sample reaches 50-2000nm, the bonding layer has good sealing performance, and effectively protects the electron microscope.
  • the invention provides an in-situ liquid pool chip manufacturing method.
  • the manufactured cover sheet and the bottom sheet are bonded through a metal bonding layer to realize integrated design and manufacture.
  • the sample can be directly added through the liquid injection port to seal the liquid injection It is easy to operate, and the sealing effect is good.
  • the present invention provides an in-situ heating chip and a manufacturing method thereof. Its purpose is to realize the integrated design of the in-situ heating chip, and at the same time solve the problem that the in-situ chip cannot be applied with an external thermal field or the heating is uneven, which leads to online observation. Serious problem of sample drift.
  • the present invention provides an in-situ heating chip, which is characterized in that the in-situ heating chip includes a first substrate and a second substrate.
  • the first substrate is made of a silicon substrate, a silicon nitride film, and a metal bonding layer.
  • the second substrate is made of a silicon substrate, a silicon nitride film, a four-electrode system, and a heating wire.
  • the first substrate and the second substrate are arranged in order from top to bottom.
  • the first substrate is provided with two symmetrical liquid injection ports and a viewing window.
  • the second substrate is provided with a central window. The viewing window of the first substrate and the central window of the second substrate are vertically aligned and have the same size.
  • both surfaces of the first substrate and the second substrate are covered with an ultra-thin silicon nitride film.
  • the silicon nitride film is used not only as a film material for the viewing window of the first substrate and the central window of the second substrate; but also as an insulating layer to isolate the silicon substrate of the first substrate And metal bonding layer; also used as an insulating layer to isolate the silicon substrate of the second substrate and the four-electrode system, and heating metal wires.
  • the metal used for the metal bonding layer can be Al, Cu, Ti, Fe, Au, Pt, Pd, In, Sn, the thickness is 50nm-2000nm, and the width is 0.6um from the edge. Further, the metal bonding layer bonds and encapsulates the first substrate and the second substrate by thermal evaporation to form an integrated in-situ heating chip.
  • the second substrate is provided with a four-electrode system, and separate current sources and induced voltage circuits are used respectively.
  • the four-electrode system is designed as two sets of equivalent circuits. One set of loops is responsible for power supply and heating, and the other set of loops monitors the resistance of the power supply circuit in real time. Furthermore, the four-electrode system can adjust the resistance of the test circuit in real time to reach the set temperature.
  • the heating wire material can be metal or semiconductor, including one or more of platinum, rhodium, tungsten, molybdenum, nickel, chromium, iron, aluminum, silicon carbide, tungsten carbide, molybdenum carbide, etc. kind. Further, the heating wire is spirally arranged around the central window. Furthermore, the area of the heating center area of the heating wire is set to 0.15mm*0.15mm-0.2mm*0.2mm, and the thickness of the heating wire material is 100nm-200nm, which is beneficial to the uniformity of heating and the stability of temperature. , Observe the sample position stably.
  • the two symmetrical liquid injection ports of the first substrate are connected to the viewing window, and the viewing window is arranged at the center of the connecting line of the two liquid injection ports. Further, the viewing window of the first substrate and the central window of the second substrate are vertically aligned and have the same size, and the window size is 10um*30um.
  • the present invention provides a method for manufacturing an in-situ heating chip, which includes the following steps:
  • Step S1 Making a first substrate, including the following:
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • S105 Using a photolithography process, expose the silicon substrate produced by S104 in an ultraviolet lithography machine for 10-30s, transfer the view window pattern from the photolithography mask to the front surface of the silicon substrate, and then develop it in a positive resist developer 30-60s, then rinse the surface with deionized water;
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • a layer of metal with a thickness of 50nm-2000nm is deposited on the front side of the silicon substrate produced in S107, and the silicon substrate is coated with the front side up for photolithographic exposure for 10-30s, developed for 30-60s, and then placed Soak in dilute hydrochloric acid for 2 minutes to remove the excess part of the bonding layer metal on the silicon substrate, and finally soak in acetone for 10-30s, and then rinse with deionized water to remove the photoresist, leaving an effective part of the metal bonding layer;
  • Step S2 Making a second substrate, including the following:
  • S208 Perform laser scribing on the silicon substrate produced in S207, and divide it into independent chips, that is, the second substrate.
  • Step S3 Assemble the first substrate and the second substrate.
  • the viewing window of the first substrate and the central window of the second substrate are vertically aligned and have the same size, and are bonded through a metal bonding layer to realize an integrated in-situ heating chip.
  • the in-situ heating chip provided by the present invention can adjust the resistance of the test circuit in real time through a four-electrode system to achieve the set temperature and achieve the purpose of the experiment.
  • the present invention provides an in-situ heating chip, in which heating wires are spirally arranged around the central window, the area of the heating central area is set to 0.15mm*0.15mm-0.2mm*0.2mm, and the thickness of the heating wire material is 100nm- 200nm, can ensure the uniformity of heating and temperature stability, and observe the sample position stably.
  • the invention provides an in-situ heating chip manufacturing method.
  • the manufactured first substrate and second substrate are bonded through a metal bonding layer to realize integrated design and manufacturing.
  • the sample can be directly added through the liquid injection port , Just close the liquid injection port, easy to operate.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of the structure of a TEM in-situ electrochemical detection chip of the present invention.
  • Fig. 2 is an exploded view of a top sheet of a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip of the present invention.
  • Fig. 3 is an exploded view of the lower sheet of a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the process flow of a method for manufacturing a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip of the present invention.
  • Fig. 5 is a schematic structural diagram of an in-situ liquid pool chip according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 is an exploded view of an in-situ liquid pool chip cover sheet according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 7 is an exploded view of a negative film of an in-situ liquid cell chip according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 8 is a process flow diagram of an in-situ liquid pool chip manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 9 is a schematic structural diagram of an in-situ heating chip according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 10 is an exploded view of a first substrate of an in-situ heating chip according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 11 is an exploded view of a second substrate of an in-situ heating chip according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 12 is a process flow diagram of a method for manufacturing an in-situ heating chip according to an embodiment of the present invention.
  • Embodiment 1 of the present invention discloses a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip, as shown in FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3, including an upper sheet 1 and a lower sheet 8.
  • the upper plate 1 is made of a silicon substrate 3 with silicon nitride layers 2, 4 on both sides, and the silicon substrate 3 of the upper plate 1 has two symmetrical liquid injection ports 6 and an electron beam window 7
  • the silicon substrate 3 of the upper sheet 1 is provided with a metal bonding layer 5 on one side.
  • the lower sheet 8 is made of a silicon substrate 12 with insulating layers 10, 14 and silicon nitride layers 11, 13 on both sides.
  • the silicon substrate 12 of the lower sheet 8 is provided with a reference electrode and a working electrode on one side.
  • a counter electrode three-electrode system 9 an observation window 15 is provided at the center of the lower sheet 8; the upper sheet 1 and the lower sheet 8 are bonded by a metal bonding layer 5.
  • the electron beam window 7 of the upper sheet 1 and the observation window 15 of the lower sheet 8 are vertically aligned and have the same size.
  • embodiment 1 of the present invention discloses a manufacturing method of a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip. As shown in FIG. 4, the manufacturing method includes the following steps:
  • Step S1 make top film 1;
  • Step S2 Make the next piece 8;
  • Step S3 The upper sheet 1 and the lower sheet 8 are bonded through the metal bonding layer 5 to form an integrated transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip.
  • the top sheet 1 has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and step S1 of the method for manufacturing the top sheet 1 is as follows:
  • S105 Use a photolithography process to expose for 15s in an ultraviolet lithography machine, transfer the electron beam window pattern from the photolithography mask to the first surface of the silicon substrate in S104, and then develop it in a positive gel developer for 40s, and then Clean the surface with deionized water;
  • the lower sheet 8 has a third surface and a fourth surface opposite to the third surface, and the manufacturing method step S2 of the lower sheet 8 is as follows:
  • S207 Perform laser scribing on the silicon substrate produced in S206, and divide it into independent lower plates 8 with a size of 6mm*4mm.
  • the insulating layers 10 and 14 have a thickness of 20 nm and are made of aluminum oxide, and the insulating layers 10 and 14 are disposed on the silicon nitride layers 11 and 13.
  • the thickness of the silicon nitride layers 2, 4 and 11, 13 is 100 nm.
  • the electron beam window 7 is arranged at the center position of the line connecting the two symmetrical liquid injection ports 6.
  • the thickness of the metal bonding layer 5 is 50 nm, and the metal used is aluminum, copper or titanium.
  • the bonding method of the upper sheet 1 and the lower sheet 8 is to bond the second surface of the upper sheet 1 to the third surface of the lower sheet 8 through the thermal evaporation of the metal bonding layer 5
  • an integrated transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip is formed.
  • Embodiment 2 of the present invention discloses a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip, as shown in FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3, including an upper sheet 1 and a lower sheet 8.
  • the upper plate 1 is made of a silicon substrate 3 with silicon nitride layers 2, 4 on both sides.
  • the silicon substrate 3 of the upper plate 1 has two symmetrical liquid injection ports 6 and an electron beam window. 7;
  • the silicon substrate 3 of the upper sheet 1 is provided with a metal bonding layer 5 on one side.
  • the lower sheet 8 is made of a silicon substrate 12 with insulating layers 10, 14 and silicon nitride layers 11, 13 on both sides.
  • the silicon substrate 12 of the lower sheet 8 is provided with a reference electrode and a working electrode on one side.
  • a counter electrode three-electrode system 9 an observation window 15 is provided at the center of the lower sheet 8; the upper sheet 1 and the lower sheet 8 are bonded by a metal bonding layer 5.
  • the electron beam window 7 of the upper sheet 1 and the observation window 15 of the lower sheet 8 are vertically aligned and have the same size.
  • embodiment 2 of the present invention discloses a manufacturing method of a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip. As shown in FIG. 4, the manufacturing method includes the following steps:
  • Step S1 make top film 1;
  • Step S2 Make the next piece 8;
  • Step S3 The upper sheet 1 and the lower sheet 8 are bonded through the metal bonding layer 5 to form an integrated transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip.
  • the top sheet 1 has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and step S1 of the method for manufacturing the top sheet 1 is as follows:
  • S105 Use a photolithography process to expose for 20s in an ultraviolet lithography machine, transfer the electron beam window pattern from the photolithography mask to the first surface of the silicon substrate in S104, and then develop it in a positive gel developer for 45s, and then Clean the surface with deionized water;
  • the lower sheet 8 has a third surface and a fourth surface opposite to the third surface, and the manufacturing method step S2 of the lower sheet 8 is as follows:
  • S207 Perform laser scribing on the silicon substrate produced in S206, and divide it into independent lower plates 8 with a size of 6mm*4mm.
  • the thickness of the insulating layers 10 and 14 is 250 nm
  • the material is aluminum oxide
  • the insulating layers 10 and 14 are arranged on the silicon nitride layers 11 and 13.
  • the thickness of the silicon nitride layers 2, 4 and 11, 13 is 150 nm.
  • the electron beam window 7 is arranged at the center position of the line connecting the two symmetrical liquid injection ports 6.
  • the thickness of the metal bonding layer 5 is 500 nm, and the metal used is iron, gold or platinum.
  • the bonding method of the upper sheet 1 and the lower sheet 8 is to bond the second surface of the upper sheet 1 to the third surface of the lower sheet 8 through the thermal evaporation of the metal bonding layer 5
  • an integrated transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip is formed.
  • Embodiment 3 of the present invention discloses a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip, as shown in FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3, including an upper sheet 1 and a lower sheet 8.
  • the upper plate 1 is made of a silicon substrate 3 with silicon nitride layers 2, 4 on both sides.
  • the silicon substrate 3 of the upper plate 1 has two symmetrical liquid injection ports 6 and an electron beam window. 7;
  • the silicon substrate 3 of the upper sheet 1 is provided with a metal bonding layer 5 on one side.
  • the lower sheet 8 is made of a silicon substrate 12 with insulating layers 10, 14 and silicon nitride layers 11, 13 on both sides.
  • the silicon substrate 12 of the lower sheet 8 is provided with a reference electrode and a working electrode on one side.
  • a counter electrode three-electrode system 9 an observation window 15 is provided at the center of the lower sheet 8; the upper sheet 1 and the lower sheet 8 are bonded by a metal bonding layer 5.
  • the electron beam window 7 of the upper sheet 1 and the observation window 15 of the lower sheet 8 are vertically aligned and have the same size.
  • Embodiment 3 of the present invention discloses a manufacturing method of a transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip. As shown in FIG. 4, the manufacturing method includes the following steps:
  • Step S1 make top film 1;
  • Step S2 Make the next piece 8;
  • Step S3 The upper sheet 1 and the lower sheet 8 are bonded through the metal bonding layer 5 to form an integrated transmission electron microscope in-situ electrochemical detection chip.
  • the top sheet 1 has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and step S1 of the method for manufacturing the top sheet 1 is as follows:
  • S105 Use a photolithography process to expose for 25s in an ultraviolet lithography machine, transfer the electron beam window pattern from the photolithography mask to the first surface of the silicon substrate in S104, and then develop it in a positive gel developer for 52s, and then Clean the surface with deionized water;
  • the lower sheet 8 has a third surface and a fourth surface opposite to the third surface, and the manufacturing method step S2 of the lower sheet 8 is as follows:
  • S207 Perform laser scribing on the silicon substrate produced in S206, and divide it into independent lower plates 8 with a size of 6mm*4mm.
  • the thickness of the insulating layers 10 and 14 is 500 nm
  • the material is aluminum oxide
  • the insulating layers 10 and 14 are arranged on the silicon nitride layers 11 and 13.
  • the thickness of the silicon nitride layers 2, 4 and 11, 13 is 200 nm.
  • the electron beam window 7 is arranged at the center position of the line connecting the two symmetrical liquid injection ports 6.
  • the thickness of the metal bonding layer 5 is 2000 nm, and the metal used is palladium or indium.
  • the bonding method of the upper sheet 1 and the lower sheet 8 is to bond the second surface of the upper sheet 1 to the third surface of the lower sheet 8 through the thermal evaporation of the metal bonding layer 5 On top, an integrated chip is formed.
  • the embodiment of the present invention discloses an in-situ liquid pool chip.
  • the structure is shown in Figures 5, 6, and 7.
  • the in-situ liquid pool chip includes a cover sheet 1 and a bottom sheet 7, and the cover sheet 1 consists of two sides A silicon substrate 3 with silicon nitride film layers 2, 4 is made, the cover sheet 1 has two symmetrical injection ports 5 and an electron beam window 6 at the center; the bottom sheet 7 is made of two A silicon substrate 10 with silicon nitride film layers 9 and 11 on its surface is made.
  • the substrate 7 includes an adhesive layer 8 and an observation window 12.
  • the adhesive layer 8 is generally a metal bonding layer.
  • the observation window 12 of the bottom sheet 7 is vertically aligned with the electron beam window 6 of the cover sheet 1 Consistent.
  • the embodiment of the present invention discloses a manufacturing method of an in-situ liquid pool chip. As shown in FIG. 8, the manufacturing method includes the following steps:
  • Step S1 Making a negative film 7
  • Step S2 making cover sheet 1;
  • Step S3 The cover sheet 1 and the bottom sheet 7 are bonded through the metal bonding layer bonding layer 8 to form an integrated in-situ liquid pool chip.
  • the bottom sheet 7 has a first surface and a second surface opposite to the first surface.
  • the manufacturing step S1 of the bottom sheet 7 is as follows:
  • step S105 Use a photolithography process to expose for 15s in a UV lithography machine, transfer the metal bonding layer pattern from the photolithography mask to the first surface of the silicon substrate produced in step S104, and then develop it in a positive glue developer for 50s ;
  • S107 Perform laser scribing on the silicon substrate produced in S106, and divide it into independent negatives 7, the size of which is 3mm*3mm.
  • the cover sheet 1 has a third surface and a fourth surface opposite to the third surface.
  • the manufacturing step S2 of the cover sheet 1 is as follows:
  • S202 Using a photolithography process, expose the silicon substrate in S201 to an ultraviolet lithography machine for 15s, transfer the liquid injection port pattern from the photolithography mask to the third surface of the silicon substrate, and then develop it in a positive resist developer After 50s, clean the surface with deionized water;
  • S208 Perform laser scribing on the silicon substrate produced in S207, and divide it into independent cover sheets 1, the size of which is 3mm*3mm.
  • Step S3 Assemble the bottom sheet 7 and the cover sheet 1.
  • the observation window 12 of the bottom sheet 7 is vertically aligned with the electron beam window 6 of the cover sheet 1, and the second surface of the cover sheet 1 and the third surface of the bottom sheet 7 are bonded by a metal bonding layer bonding layer 8 to form a whole Chemical in-situ liquid pool chip.
  • the size of the observation window 12 is 30um*50um.
  • the pattern of the liquid injection port 5 is rectangular or square, and the size of the liquid injection port 5 in this embodiment is 300um*400um.
  • the bonding layer 8 is generally a metal bonding layer with a thickness of 1000 nm.
  • the metal used can be aluminum, copper, titanium, iron, gold, platinum, palladium, indium, and tin.
  • the user can add samples to the liquid injection port through the sample preparation chamber. After the liquid injection port is closed, it is placed in an electron microscope for observation after leak detection.
  • the embodiment of the present invention discloses an in-situ heating chip, as shown in FIG. 9, FIG. 10, and FIG. 11, and its structure includes a first substrate 1 and a second substrate 8.
  • the first substrate 1 is made of a silicon substrate 3, silicon nitride films 2 and 4, and a metal bonding layer 5.
  • the second substrate 8 is made of a silicon substrate 13, silicon nitride films 12 and 14, a four-electrode system 10, and a heating wire 11.
  • the first substrate 1 and the second substrate 8 are arranged in order from top to bottom.
  • the first substrate 1 is provided with two symmetrical liquid injection ports 6 and a viewing window 7.
  • the second substrate 8 is provided with a central window 15.
  • the viewing window 7 of the first substrate 1 and the central window 15 of the second substrate 8 are vertically aligned and have the same size.
  • Both surfaces of the first substrate 1 and the second substrate 8 are covered with a layer of ultra-thin silicon nitride films 2, 4 and 12, 14, with a thickness of 200 nm.
  • the silicon nitride film 4 can be used as the film material for the viewing window 7 of the first substrate 1 and the central window 15 of the second substrate 8.
  • the silicon nitride films 4 and 12 are used as insulating layers to isolate the first The silicon substrate 3 and the metal bonding layer 5 of the substrate 1 isolate the silicon substrate 13 of the second substrate 8 from the four-electrode system 10 and the heating wire 11.
  • a metal bonding layer 5 is provided on the first substrate 1 by evaporation.
  • the metal used for the metal bonding layer 5 can be Al, Cu, Ti, Fe, Au, Pt, Pd, In, Sn, and the thickness is 1000 nm.
  • a four-electrode system 10 is provided on the front surface of the second substrate 8 by evaporation.
  • the four-electrode system 10 uses separate current sources and induced voltage circuits, respectively.
  • the four-electrode system 10 is designed as two sets of equivalent circuits. One set of loops is responsible for power supply and heating, and the other set of loops monitors the resistance of the power supply circuit in real time. Furthermore, the four-electrode system 10 can adjust the resistance of the test circuit in real time through a feedback circuit to reach the set temperature.
  • a heating wire 11 is provided on the front surface of the second substrate 8 by evaporation.
  • the material of the heating wire 11 can be metal or semiconductor, including one or more of platinum, rhodium, tungsten, molybdenum, nickel, chromium, iron, aluminum, silicon carbide, tungsten carbide, molybdenum carbide and other materials.
  • the heating wire 11 is spirally arranged around the central window 15, the area of the heating center area is set to 0.15mm*0.15mm-0.2mm*0.2mm, and the heating wire 11 material thickness is 200nm, which is beneficial to the uniformity and heating of the heating. Temperature stability, stable observation of sample position.
  • the two symmetrical liquid injection ports 6 of the first substrate 1 communicate with the viewing window 7, and the viewing window 7 is arranged at the center of the line connecting the two liquid injection ports 6.
  • the viewing window 7 of the first substrate 1 and the central window 15 of the second substrate 8 are vertically aligned and have the same size, and the window size is 10um*30um.
  • the first substrate 1 and the second substrate 8 are bonded through a metal bonding layer 5 to realize an integrated design.
  • this embodiment discloses a manufacturing method of an in-situ heating chip. As shown in FIG. 12, the manufacturing method includes the following steps:
  • Step S1 Making the first substrate 1, including the following:
  • S105 Using a photolithography process, expose the silicon substrate produced in S104 to an ultraviolet lithography machine for 15s, transfer the viewing window pattern from the photolithography mask to the front surface of the silicon substrate, and then develop it in a positive resist developer for 50s, Then rinse the surface with deionized water;
  • the viewing window is etched on the silicon nitride insulating layer on the back of the silicon substrate produced in S105, and then the silicon substrate is soaked in acetone for 20s with the back of the silicon substrate facing up, and finally deionized water is used Rinse to remove the photoresist;
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • S109 Perform laser scribing on the silicon substrate produced in S108, and divide it into independent chips, the chip size is 4mm*4mm, that is, the first substrate 1.
  • Step S2 Making the second substrate 8, including the following contents:
  • S208 Perform laser scribing on the silicon substrate produced in S207, and divide it into independent chips, the chip size is 4mm*6mm, that is, the second substrate 8.
  • Step S3 Assemble the first substrate 1 and the second substrate 8.
  • the viewing window 7 of the first substrate 1 and the central window 15 of the second substrate 8 are vertically aligned and have the same size.
  • the metal bonding layer 5 is bonded to form an integrated in-situ heating chip.
  • the specifications of the integrated in-situ heating chip manufactured are as follows:
  • the thickness of the silicon nitride layers 2, 4 and 12, 14 200 nm;
  • Thickness of metal bonding layer 5 1000nm
  • the size of the viewing window 7 and the center window 15 10um*30um;
  • the four-electrode system 10 has a heating wire 11 with a thickness of 200 nm.
  • the experimental technicians can add samples to the liquid injection port through the sample preparation chamber, and after the liquid injection port is closed, it is placed in an electron microscope for observation after leak detection.
  • the heating wire is heated according to the temperature control program, so that the sample is heated at the set temperature, which is convenient for the experimental technicians to observe the microscopic changes of the sample under heating, and realize the heating detection effect.
  • the in-situ heating chip provided by the present invention can ensure the uniformity of heating and the stability of temperature, and has a good effect of stably observing the position of the sample.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

本发明公开了一种透射电镜原位电化学检测芯片、原位液体池芯片、原位加热芯片及其制备方法。所述原位电化学检测芯片具有三电极和绝缘层，可实现通电条件下对样品进行检测，电场均匀，且安全性高、可控性强，同时以氮化硅层为支持层，有效提高成像分辨率，降低背景噪音。所述原位液体池芯片以氮化硅薄膜层为支持层，提高成像分辨率，而且可观察样品液层达到50-2000nm，粘结层密封性好，有效保护电镜，一体化制作方法简便。所述原位加热芯片能让使用者达到边对样品进行加热，边观察样品的目的，保证原子级分辨率的同时，引入热场明显拓展了电镜观察的应用领域。

Description

一种透射电镜原位电化学检测芯片、原位液体池芯片、原位加热芯片及其制备方法 技术领域
本发明涉及芯片领域，尤其涉及一种透射电镜原位电化学检测芯片、原位液体池芯片、原位加热芯片及其制备方法。
背景技术
透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)是一种微观形貌观察工具，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像，观察各种试样凹凸不平表面的细微结构的优点。其样品载体样品台搭配原位检测芯片，可以使分辨率达到纳米级，原位检测芯片可以集成物理、化学等功能，实现图案化、功能化，在分子生物、化工、医学半导体电子材料方面具有极高的应用价值。在透射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，对样品进行实时动态的原位观察。研究学者可以通过原位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越来越成为材料研究和开发的根本。
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。目前，原位透射电镜技术已经成功的引入气氛、电场、热场等外部激励信号，而原位液体环境的透射电镜成像由于其高真空内环境而存在较大的挑战。随着近年来微纳米加工技术的迅猛发展，不同结构和功能的原位透射电镜液体池相继被研发并完善，目前已经原位液相反应液体池以及石墨烯液体池已经实现原子级分辨率，研究人员可以通过在这个微纳米反应器中实现原子尺度对材料的形貌、表界面组分、原子结构的分析，探索物质微观结构与材料性能的关系。
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，对样品进行实时动态的原位测试。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。
目前用于透射电镜原位电化学检测芯片，原位液体池芯片和原位芯片，其主要设计都是 上片和下片分开，使用单位加装样品后再进行封装，操作不便，而且容易因个体操作差异造成密封性差、漏液等问题，影响检测质量，更甚者破坏电镜或液体渗漏破坏电镜。而且市面上很多原位电化学检测芯片采用双电极，两电极体系无法精确控电位，实验可控性差。原位芯片无法施加热场实验或加热不均匀导致在线观测样品漂移严重，使得实验结果不理想。
发明内容
本发明提供了一种透射电镜原位电化学检测芯片及其制作方法，其目的实现原位电化学检测芯片的一体化设计，同时解决上述原位芯片引入电场后控电位不准的问题。
本发明提供了一种透射电镜原位电化学检测芯片，包括上片和下片。所述上片由两面带有氮化硅层的硅基片制成，所述上片的硅基片上有两个对称的注液口和一个电子束视窗；所述上片的硅基片一面设置有金属键合层。所述下片由两面带有绝缘层和氮化硅层的硅基片制成，所述下片的硅基片一面设置有参比电极、工作电极和对电极三电极体系；所述下片中心位置设置有观察视窗；所述上片和所述下片通过金属键合层粘接。所述上片的电子束视窗与所述下片的观察视窗垂直对齐，大小一致。
同时本发明提供了一种透射电镜原位电化学检测芯片的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
步骤S1：制作上片；
步骤S2：制作下片；
步骤S3：上片和下片通过金属键合层粘接，形成一体化透射电镜原位电化学检测芯片。
进一步地，所述上片具有第一表面和与第一表面相背对的第二表面，所述上片制作方法步骤S1如下：
S101、准备两面带有氮化硅层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度50-500um；
S102、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将注液口图案从光刻掩膜版转移到S101中的硅基片的第一表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水清洗表面；
S103、利用反应离子刻蚀工艺，在S102中的硅基片第二表面上注液口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第二表面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗；
S104、将S103中制作出的硅基片第二表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下注液口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S105、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将电子束视窗图案从光刻掩膜版转移到S104中的硅基片的第一表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水清洗表面；
S106、利用反应离子刻蚀工艺，在S105中的硅基片第二表面上电子束视窗口处的氮化 硅刻蚀掉，然后将硅基片第二表面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗；
S107、将S106中制作出的硅基片第二表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下电子束视窗口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S108、利用热蒸发，在S107制作出的硅基片第二面蒸镀一层厚度为50nm-2000nm金属，将硅基片镀膜第二面朝上进行光刻曝光10-30s，显影30-60s，然后放入稀盐酸中浸泡2min，去除硅基片上多余部分的键合层金属，最后放入丙酮浸泡10-30s，再用去离子水冲洗，去除光刻胶，留下有效部分金属键合层；
S109、将S108制作出的硅基片进行激光划片，分成独立上片。
进一步地，所述下片具有第三表面和与第三表面相背对的第四表面，所述下片制作方法步骤S2如下：
S201、准备两面带有绝缘层和氮化硅层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度50-500um；
S202、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将参比电极、工作电极和对电极三电极图案从光刻掩膜版转移到S201中的硅基片的第三表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水清洗表面；
S203、利用电子束蒸发，在S202制作出的硅基片第三表面蒸镀一层厚度为30-150nm的Au，之后将硅基片第三表面朝上放入丙酮中浸泡剥离10-30s，最后用丙酮冲洗，去除光刻胶，留下金属电极；
S204、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将观察视窗图案从光刻掩膜版转移到S203中的硅基片的第三表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水清洗表面；
S205、利用反应离子刻蚀工艺，在S204中的硅基片第四表面上观察视窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第四表面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗；
S206、将S205中制作出的硅基片第四表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下观察视窗口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S207、将S206制作出的硅基片进行激光划片，分成独立下片。
进一步地，所述上片和所述下片通过金属键合层粘接，制作方法步骤S3如下：
S301、上述S109和S207制作的上片和下片通过金属键合层粘接，组装成一体式透射电镜原位电化学检测芯片。
上述方案中，所述的上片和下片的硅基片两面均覆有一层氮化硅层。所述的氮化硅层厚度为5-200nm。进一步地，所述的氮化硅薄膜可用作所述的上片电子束视窗口和下片观察视窗的薄膜材料；同时，所述的下片观察视窗氮化硅薄膜还可作为样品的支持层，有效提高成 像分辨率，降低背景噪音。
上述方案中，所述的下片硅基片两面均覆有一层绝缘层。所述的绝缘层材料为氧化铝，厚度为20-500nm。所述的氧化铝绝缘层覆盖在氮化硅层上。进一步地，所述的氮化硅层和氧化铝绝缘层可作为一种复合绝缘层。所述复合绝缘层隔离所述下片的硅基片和参比电极、工作电极、对电极。所述氮化硅绝缘层隔离所述上片的硅基片和金属键合层。
上述方案中，所述的上片的电子束视窗设置在所述对称的两个注液口连线中心位置。
上述方案中，所述的下片设置有参比电极、工作电极和对比电极三电极体系。这种三电极体系控电位更加精确，外部接入电源可由专业电化学工作站调控。所述的三电极结构其电极材料30nm-150nm Au。进一步地，所述的三电极结构中参比电极与工作电极在一侧，对电极在另一侧。其中工作电极尖端位于观察视窗，便于观察工作电极上发生的电化学反应，工作电极尖端最窄处宽为3um，太宽会超过观察视窗的宽度，太窄则会大大增加光刻难度。对电极采用半圆形图案，以形成均匀电场，对电极为直径为700um的半圆形图案，对电极距离工作电极20-5000um。
上述方案中，所述的金属键合层厚度为50-2000nm，所用金属可选用铝，铜，钛，铁，金，铂，钯，铟，锡。键合层厚度决定观测样品液层厚度。
上述方案中，所述上片与所述下片的粘接方式是通过金属键合层热蒸发的方式将所述上片的第二表面粘接在所述下片的第三表面之上，形成一体化透射电镜原位电化学检测芯片。
本发明产生的有益效果有以下几方面：
本发明提供的一种透射电镜原位电化学检测芯片，具有参比电极、对电极和工作电极三电极体系，可以形成均匀电场，这种三电极体系控电位更加精确，外部接入电源可由专业电化学工作站调控。
本发明提供的一种透射电镜原位电化学检测芯片，具有以氧化铝和氮化硅作为复合绝缘层，安全性高，同时以氮化硅层为支持层，有效提高成像分辨率，降低背景噪音。
本发明提供的一种透射电镜原位电化学检测芯片制作方法，制成的上片和下片通过金属键合层粘接，实现一体化设计和制作，使用时可直接通过注液口加入样品，封闭注液口即可，操作简便。
另一方面，本发明提供了一种原位液体池芯片及其制作方法，其目的是实现原位液体池芯片的一体化设计，同时解决上述原位液体池芯片空间分辨率低、密封性差、漏液等影响检测质量的问题。
本发明提供了一种原位液体池芯片及其制作方法，所述原位液体池芯片包括盖片和底片，所述盖片由两面带有氮化硅薄膜层的硅基片制成，所述盖片上有两个对称的注液口和一个位于中心位置的电子束视窗；所述底片由两面带有氮化硅薄膜层的硅基片制成，所述底片 包括粘结层和观察视窗，所述粘结层一般为金属键合层，所述观察视窗位于底片中心位置；所述盖片与底片通过金属键合层粘结层粘接，所述底片的观察视窗与所述盖片的电子束视窗垂直对齐，大小一致。
同时本发明提供了一种原位液体池芯片及其制作方法，该制作方法包括以下步骤：
步骤S1：制作底片；
步骤S2：制作盖片；
步骤S3：盖片和底片通过金属键合层粘接，形成一体化原位液体池芯片。
进一步地，所述底片具有第一表面和与第一表面相背对的第二表面，所述底片制作步骤S1如下：
S101、准备两面带有氮化硅薄膜层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度50-500um，所述氮化硅层薄膜厚度5-200nm；
S102、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将观察视窗图案从光刻掩膜版转移到S101中的硅基片第一表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，取出硅基片用去离子水冲洗；
S103、利用反应离子刻蚀工艺，在S102制作出的硅基片第一表面上观察窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第一表面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗，去除光刻胶；
S104、将S103中制作出的硅基片第二表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至第一表面只留下观察窗口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S105、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将金属键合层图案从光刻掩膜版转移到步骤S104制作出的硅基片第一表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水冲洗；
S106、利用热蒸发，在S105制作出的硅基片第一表面蒸镀一层金属粘结层，然后将硅基片第一表面朝上放入丙酮浸泡剥离10-30s，最后用去离子水冲洗，去除光刻胶，留下金属粘结层；
S107、将S106制作出的硅基片进行激光划片，分成独立底片。
进一步地，所述盖片具有第三表面和与第三表面相背对的第四表面，所述盖片制作步骤如下：
S201、准备两面带有氮化硅薄膜层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度50-500um，所述氮化硅薄膜层厚度5-200nm；
S202、利用光刻工艺，将S201中的硅基片在紫外光刻机曝光10-30s，将注液口图案从光刻掩膜版转移到硅基片第三表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水清洗表 面；
S203、利用反应离子刻蚀工艺，在S202制作出的硅基片第四表面上注液口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第四表面朝上放入丙酮浸泡剥离10-30s，最后用清洗剂冲洗，去掉光刻胶；
S204、将S203制作出的硅基片第四表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至第一表面只留下注液口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S205、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将电子束视窗图案从光刻掩膜版转移到S204制作出的硅基片第三表面，然后在正胶显影液中显影30-60s；
S206、利用反应离子刻蚀工艺，在S205制作出的硅基片第三表面上电子束视窗处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第三表面朝上放入丙酮浸泡剥离10-30s，最后用清洗剂冲洗，去除光刻胶；
S207、将S206制作出的硅基片第四表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至第一表面只留下电子束视窗氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S208、将S207制作出的硅基片进行激光划片，分成独立盖片。
进一步地，所述盖片和所述底片通过金属键合层粘接，制作方法步骤S3如下：
S301、上述S107和S208制作的底片和盖片通过金属键合层粘接，组装成一体式原位液体池芯片。
上述方案中，所述的盖片和底片的硅基片两面均覆有一层氮化硅薄膜层。所述的氮化硅薄膜层厚度为5-200nm。进一步地，所述的氮化硅薄膜层可用作所述的盖片电子束视窗的薄膜材料；所述的氮化硅薄膜层可用作所述的底片观察视窗处样品的支持层，超薄氮化硅视窗薄膜有效提高成像分辨率，降低背景噪音。
上述方案中，所述盖片的电子束视窗和所述底片的观察窗口大小均为30um*50um，垂直对齐。
上述方案中，所述的粘结层一般为金属键合层。所述的金属键合层厚度为50-2000nm，所用金属可选用铝，铜，钛，铁，金，铂，钯，铟，锡。
上述方案中，所述粘结底片与盖片步骤S3中，底片的观察视窗与盖片的电子束视窗对齐，所述盖片的第二表面与所述底片的第三表面通过金属键合层粘结层粘结。
本发明产生的有益效果有以下几方面：
本发明提供的一种原位液体池芯片，电子束视窗和观察视窗以氮化硅薄膜层为支持层，有效提高成像分辨率，降低背景噪音。
本发明提供的一种原位液体池芯片，金属键合层厚度可控，使观察样品液层达到50-2000nm，粘结层密封性好，有效保护电镜。
本发明提供的一种原位液体池芯片制作方法，制成的盖片和底片通过金属键合层粘接，实现一体化设计和制作，使用时可直接通过注液口加入样品，封闭注液口即可，操作简便，密封效果好。
另一方面，本发明提供了一种原位加热芯片及其制作方法，其目的是实现原位加热芯片的一体化设计，同时解决上述原位芯片无法施加外部热场或加热不均匀导致在线观测样品漂移严重的问题。
本发明提供了一种原位加热芯片，其特征在于，所述的原位加热芯片包括第一基片和第二基片。所述的第一基片由硅基片、氮化硅薄膜、金属键合层制成。所述的第二基片由硅基片、氮化硅薄膜、四电极体系、加热金属丝制成。所述的第一基片和第二基片由上至下按序设置。所述的第一基片设有两个对称的注液口和一个视窗口。所述的第二基片设有中心视窗。所述的第一基片的视窗口与所述的第二基片的中心视窗垂直对齐、大小一致。
上述方案中，所述的第一基片与第二基片两面均覆盖一层超薄氮化硅薄膜。进一步地，所述的氮化硅薄膜既用作所述的第一基片视窗口和第二基片中心视窗的薄膜材料；又用作绝缘层隔离所述的第一基片的硅基片和金属键合层；还用作绝缘层隔离所述的第二基片的硅基片和四电极体系、加热金属丝。
上述方案中，所述的金属键合层选用金属可为Al，Cu，Ti，Fe，Au，Pt，Pd，In，Sn，厚度50nm-2000nm，宽度距边缘0.6um。进一步地，所述的金属键合层通过热蒸发方式对所述的第一基片和第二基片进行粘接封装，形成一体化原位加热芯片。
上述方案中，所述的第二基片设有四电极体系，分别使用了单独的电流源和感应电压电路。进一步地，所述的四电极体系设计为两组等效电路，其中一组回路负责供电加热，另一组回路实时监控供电电路的电阻。更进一步地，所述的四电极体系可进行实时调节测试电路的电阻以达到设置的温度。
上述方案中，所述的加热金属丝材料可采用金属或者半导体，包括铂，铑，钨，钼，镍，铬,铁，铝，碳化硅，碳化钨，碳化钼等材料中的一种或多种。进一步地，所述的加热金属丝螺旋设置在所述的中心视窗四周。更进一步地，所述的加热金属丝加热中心区域面积设定为0.15mm*0.15mm-0.2mm*0.2mm，加热金属丝材料厚度为100nm-200nm，有利于加热的均匀性和温度的稳定性，稳定观测样品位置。
上述方案中，所述的第一基片的两个对称注液口与视窗口相连通，且视窗口设置在两个注液口连线中心处。进一步地，所述的第一基片的视窗口与所述的第二基片的中心视窗垂直对齐、大小一致，窗口尺寸为10um*30um。
同时本发明提供了一种原位加热芯片的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
步骤S1：制作第一基片，包括以下内容：
S101、选用两面带有氮化硅绝缘层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度50-500um；
S102、利用光刻工艺将硅基片在紫外光刻机曝光10-30s，然后将注液口图案从光刻掩膜版转移到硅基片正面，然后在正胶显影液中显影30-60s，然后用去离子水清洗；
S103、利用反应离子刻蚀工艺，在S102制作出的硅基片正面上注液口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片正面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用大量去离子水冲洗，去除光刻胶；
S104、将S103制作出的硅基片背面朝上放入质量百分比浓度为5％四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至正面只留下氮化硅薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S105、利用光刻工艺，将S104制作出的硅基片在紫外光刻机曝光10-30s，将视窗口图案从光刻掩膜版转移到硅基片正面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水冲洗清洗表面；
S106、利用反应离子刻蚀工艺，在S105制作出的硅基片背面上视窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片背面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗，去掉光刻胶；
S107、将S106制作出的硅基片背面朝上放入质量百分比浓度为5％四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至正面只留下氮化硅薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S108、利用热蒸发，在S107制作出的硅基片正面蒸镀一层厚度为50nm-2000nm金属，将硅基片镀膜正面朝上进行光刻曝光10-30s，显影30-60s，然后放入稀盐酸中浸泡2min，去除硅基片上多余部分的键合层金属，最后放入丙酮浸泡10-30s，再用去离子水冲洗，去除光刻胶，留下有效部分金属键合层；
S109、将S108制作出的硅基片进行激光划片，分成独立芯片，即第一基片。
步骤S2：制作第二基片，包括以下内容：
S201、选用两面带有氮化硅绝缘层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度50-500um；
S202、利用光刻工艺将硅基片在紫外光刻机曝光10-30s，然后将四电极体系图案从光刻掩膜版转移到硅基片正面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水清洗表面；
S203、利用电子束蒸发，在S202制作出的硅基片正面蒸镀一层加热金属丝，然后将硅基片正面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗直至去除光刻胶，留下加热金属丝；
S204、利用光刻工艺将S203制作的硅基片在紫外光刻机曝光10-30s，将中心视窗图案从光刻掩膜版转移到硅基片正面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水冲洗清洗表面；
S205、利用反应离子刻蚀工艺，在S204制作出的硅基片背面上中心视窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片背面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗，去掉光刻胶；
S206、将S205制作出的硅基片背面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至正面只留下中心视窗氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S207、将S206制作出的硅基片正面再覆盖一层氮化硅薄膜，利用光刻工艺和刻蚀工艺将四电极体系上的氮化硅刻蚀掉，露出四电极体系触点部分，最后用去离子水冲洗表面；
S208、将S207制作出的硅基片进行激光划片，分成独立芯片，即第二基片。
步骤S3：组装第一基片与第二基片。第一基片的视窗口与第二基片的中心视窗垂直对齐、大小一致，通过金属键合层粘接，实现一体化原位加热芯片。
本发明产生的有益效果有以下几方面：
本发明提供的一种原位加热芯片，通过四电极体系可进行实时调节测试电路的电阻以达到设置的温度，实现实验目的。
本发明提供的一种原位加热芯片，其加热金属丝通过螺旋设置在中心视窗四周，加热中心区域面积设定为0.15mm*0.15mm-0.2mm*0.2mm，加热金属丝材料厚度为100nm-200nm，可以保证加热的均匀性和温度的稳定性，稳定观测样品位置。
本发明提供的一种原位加热芯片制作方法，制成的第一基片和第二基片通过金属键合层粘接，实现一体化设计和制作，使用时可直接通过注液口加入样品，封闭注液口即可，操作简便。
附图说明
图1是本发明的一种透射电镜原位电化学检测芯片的结构示意图。
图2是本发明的一种透射电镜原位电化学检测芯片的上片分解图。
图3是本发明的一种透射电镜原位电化学检测芯片的下片分解图。
图4是本发明的一种透射电镜原位电化学检测芯片的制作方法的工艺流程示意图。
图5是本发明实施例的一种原位液体池芯片的结构示意图。
图6是本发明实施例的一种原位液体池芯片的盖片分解图。
图7是本发明实施例的一种原位液体池芯片的底片分解图。
图8是本发明实施例的一种原位液体池芯片的制作方法的工艺流程图。
图9是本发明实施例的一种原位加热芯片的结构示意图。
图10是本发明实施例的一种原位加热芯片的第一基片分解图。
图11是本发明实施例的一种原位加热芯片的第二基片分解图。
图12是本发明实施例的一种原位加热芯片的制作方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。以下实施例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。任何等效替换取得的技术方案均在本发明保护的范围内。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
实施例1
本发明实施例1公开了一种透射电镜原位电化学检测芯片，如图1、图2、图3所示，包括上片1和下片8。所述上片1由两面带有氮化硅层2、4的硅基片3制成，所述上片1的硅基片3有两个对称的注液口6和一个电子束视窗7；所述上片1的硅基片3一面设置有金属键合层5。所述下片8由两面带有绝缘层10、14和氮化硅层11、13的硅基片12制成，所述下片8的硅基片12一面设置有参比电极、工作电极和对电极三电极体系9；所述下片8中心位置设置有观察视窗15；所述上片1和所述下片8通过金属键合层5粘接。所述上片1的电子束视窗7与所述下片8的观察视窗15垂直对齐，大小一致。
同时本发明实施例1公开了一种透射电镜原位电化学检测芯片的制作方法，如图4所示，该制作方法包括以下步骤：
步骤S1：制作上片1；
步骤S2：制作下片8；
步骤S3：上片1和下片8通过金属键合层5粘接，形成一体化透射电镜原位电化学检测芯片。
特别的，所述上片1具有第一表面和与第一表面相背对的第二表面，所述上片1制作方法步骤S1如下：
S101、准备两面带有氮化硅层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度200um；
S102、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光15s，将注液口图案从光刻掩膜版转移到S101中的硅基片的第一表面，然后在正胶显影液中显影40s，再用去离子水清洗表面；
S103、利用反应离子刻蚀工艺，在S102中的硅基片第二表面上注液口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第二表面朝上放入丙酮浸泡10s，最后用去离子水冲洗；
S104、将S103中制作出的硅基片第二表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下注液口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S105、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光15s，将电子束视窗图案从光刻掩膜版转移到S104中的硅基片的第一表面，然后在正胶显影液中显影40s，再用去离子水清洗表面；
S106、利用反应离子刻蚀工艺，在S105中的硅基片第二表面上电子束视窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第二表面朝上放入丙酮浸泡10s，最后用去离子水冲洗；
S107、将S106中制作出的硅基片第二表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下电子束视窗口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S108、利用热蒸发，在S107制作出的硅基片第二面蒸镀一层厚度为50nm金属铝或铜或钛，将硅基片镀膜第二面朝上进行光刻曝光15s，显影40s，然后放入稀盐酸中浸泡2min，去除硅基片上多余部分的键合层金属，最后放入丙酮浸泡10s，再用去离子水冲洗，去除光刻胶，留下有效部分金属键合层；
S109、将S108制作出的硅基片进行激光划片，分成独立上片1，大小4mm*4mm。
特别的，所述下片8具有第三表面和与第三表面相背对的第四表面，所述下片8制作方法步骤S2如下：
S201、准备两面带有绝缘层和氮化硅层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度200um；
S202、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光15s，将参比电极、工作电极和对电极三电极图案从光刻掩膜版转移到S201中的硅基片的第三表面，然后在正胶显影液中显影40s，再用去离子水清洗表面；
S203、利用电子束蒸发，在S202制作出的硅基片第三表面蒸镀一层厚度100nm的Au，之后将硅基片第三表面朝上放入丙酮中浸泡剥离10s，最后用丙酮冲洗，去除光刻胶，留下金属电极；
S204、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光15s，将观察视窗图案从光刻掩膜版转移到S203中的硅基片的第三表面，然后在正胶显影液中显影40s，再用去离子水清洗表面；
S205、利用反应离子刻蚀工艺，在S204中的硅基片第四表面上观察视窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第四表面朝上放入丙酮浸泡10s，最后用去离子水冲洗；
S206、将S205中制作出的硅基片第四表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下观察视窗口氮化硅绝 缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S207、将S206制作出的硅基片进行激光划片，分成独立下片8，大小6mm*4mm。
可选的，所述绝缘层10、14厚度为20nm，材料为氧化铝，所述绝缘层10、14设置在氮化硅层11、13之上。
可选的，所述氮化硅层2、4和11、13厚度为100nm。
特别的，所述电子束视窗7设置在所述对称的两个注液口6连线中心位置。
可选的，所述金属键合层5厚度为50nm，所用金属为铝或铜或钛。
特别的，所述上片1与所述下片8的粘接方式是通过金属键合层5热蒸发方式将所述上片1的第二表面粘接在所述下片8的第三表面之上，形成一体化透射电镜原位电化学检测芯片。
实施例2
本发明实施例2公开了一种透射电镜原位电化学检测芯片，如图1、图2、图3所示，包括上片1和下片8。所述上片1由两面带有氮化硅层2、4的硅基片3制成，所述上片1的硅基片3上有两个对称的注液口6和一个电子束视窗7；所述上片1的硅基片3一面设置有金属键合层5。所述下片8由两面带有绝缘层10、14和氮化硅层11、13的硅基片12制成，所述下片8的硅基片12一面设置有参比电极、工作电极和对电极三电极体系9；所述下片8中心位置设置有观察视窗15；所述上片1和所述下片8通过金属键合层5粘接。所述上片1的电子束视窗7与所述下片8的观察视窗15垂直对齐，大小一致。
同时本发明实施例2公开了一种透射电镜原位电化学检测芯片的制作方法，如图4所示，该制作方法包括以下步骤：
步骤S1：制作上片1；
步骤S2：制作下片8；
步骤S3：上片1和下片8通过金属键合层5粘接，形成一体化透射电镜原位电化学检测芯片。
特别的，所述上片1具有第一表面和与第一表面相背对的第二表面，所述上片1制作方法步骤S1如下：
S101、准备两面带有氮化硅层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度200um；
S102、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光20s，将注液口图案从光刻掩膜版转移到S101中的硅基片的第一表面，然后在正胶显影液中显影45s，再用去离子水清洗表面；
S103、利用反应离子刻蚀工艺，在S102中的硅基片第二表面上注液口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第二表面朝上放入丙酮浸泡20s，最后用去离子水冲洗；
S104、将S103中制作出的硅基片第二表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下注液口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S105、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光20s，将电子束视窗图案从光刻掩膜版转移到S104中的硅基片的第一表面，然后在正胶显影液中显影45s，再用去离子水清洗表面；
S106、利用反应离子刻蚀工艺，在S105中的硅基片第二表面上电子束视窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第二表面朝上放入丙酮浸泡20s，最后用去离子水冲洗；
S107、将S106中制作出的硅基片第二表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下电子束视窗口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S108、利用热蒸发，在S107制作出的硅基片第二面蒸镀一层厚度为500nm金属铁或金或铂，将硅基片镀膜第二面朝上进行光刻曝光20s，显影45s，然后放入稀盐酸中浸泡2min，去除硅基片上多余部分的键合层金属，最后放入丙酮浸泡20s，再用去离子水冲洗，去除光刻胶，留下有效部分金属键合层；
S109、将S108制作出的硅基片进行激光划片，分成独立上片1，大小4mm*4mm。
特别的，所述下片8具有第三表面和与第三表面相背对的第四表面，所述下片8制作方法步骤S2如下：
S201、准备两面带有绝缘层和氮化硅层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度200um；
S202、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光20s，将参比电极、工作电极和对电极三电极图案从光刻掩膜版转移到S201中的硅基片的第三表面，然后在正胶显影液中显影45s，再用去离子水清洗表面；
S203、利用电子束蒸发，在S202制作出的硅基片第三表面蒸镀一层厚度为100nm的Au，之后将硅基片第三表面朝上放入丙酮中浸泡剥离10s，最后用丙酮冲洗，去除光刻胶，留下金属电极；
S204、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光20s，将观察视窗图案从光刻掩膜版转移到S203中的硅基片的第三表面，然后在正胶显影液中显影45s，再用去离子水清洗表面；
S205、利用反应离子刻蚀工艺，在S204中的硅基片第四表面上观察视窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第四表面朝上放入丙酮浸泡20s，最后用去离子水冲洗；
S206、将S205中制作出的硅基片第四表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下观察视窗口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S207、将S206制作出的硅基片进行激光划片，分成独立下片8，大小6mm*4mm。
可选的，所述绝缘层10、14厚度为250nm，材料为氧化铝，所述绝缘层10、14设置在氮化硅层11、13之上。
可选的，所述氮化硅层2、4和11、13厚度为150nm。
特别的，所述电子束视窗7设置在所述对称的两个注液口6连线中心位置。
可选的，所述金属键合层5厚度为500nm，所用金属为铁或金或铂。
特别的，所述上片1与所述下片8的粘接方式是通过金属键合层5热蒸发方式将所述上片1的第二表面粘接在所述下片8的第三表面之上，形成一体化透射电镜原位电化学检测芯片。
实施例3
本发明实施例3公开了一种透射电镜原位电化学检测芯片，如图1、图2、图3所示，包括上片1和下片8。所述上片1由两面带有氮化硅层2、4的硅基片3制成，所述上片1的硅基片3上有两个对称的注液口6和一个电子束视窗7；所述上片1的硅基片3一面设置有金属键合层5。所述下片8由两面带有绝缘层10、14和氮化硅层11、13的硅基片12制成，所述下片8的硅基片12一面设置有参比电极、工作电极和对电极三电极体系9；所述下片8中心位置设置有观察视窗15；所述上片1和所述下片8通过金属键合层5粘接。所述上片1的电子束视窗7与所述下片8的观察视窗15垂直对齐，大小一致。
同时本发明实施例3公开了一种透射电镜原位电化学检测芯片的制作方法，如图4所示，该制作方法包括以下步骤：
步骤S1：制作上片1；
步骤S2：制作下片8；
步骤S3：上片1和下片8通过金属键合层5粘接，形成一体化透射电镜原位电化学检测芯片。
特别的，所述上片1具有第一表面和与第一表面相背对的第二表面，所述上片1制作方法步骤S1如下：
S101、准备两面带有氮化硅层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度200um；
S102、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光25s，将注液口图案从光刻掩膜版转移到S101中的硅基片的第一表面，然后在正胶显影液中显影52s，再用去离子水清洗表面；
S103、利用反应离子刻蚀工艺，在S102中的硅基片第二表面上注液口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第二表面朝上放入丙酮浸泡30s，最后用去离子水冲洗；
S104、将S103中制作出的硅基片第二表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下注液口氮化硅绝缘层 薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S105、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光25s，将电子束视窗图案从光刻掩膜版转移到S104中的硅基片的第一表面，然后在正胶显影液中显影52s，再用去离子水清洗表面；
S106、利用反应离子刻蚀工艺，在S105中的硅基片第二表面上电子束视窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第二表面朝上放入丙酮浸泡30s，最后用去离子水冲洗；
S107、将S106中制作出的硅基片第二表面朝上放入质量5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下电子束视窗口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S108、利用热蒸发，在S107制作出的硅基片第二面蒸镀一层厚度为2000nm金属钯或铟，将硅基片镀膜第二面朝上进行光刻曝光25s，显影52s，然后放入稀盐酸中浸泡2min，去除硅基片上多余部分的键合层金属，最后放入丙酮浸泡30s，再用去离子水冲洗，去除光刻胶，留下有效部分金属键合层；
S109、将S108制作出的硅基片进行激光划片，分成独立上片1，大小4mm*4mm。
特别的，所述下片8具有第三表面和与第三表面相背对的第四表面，所述下片8制作方法步骤S2如下：
S201、准备两面带有绝缘层和氮化硅层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度200um；
S202、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光25s，将参比电极、工作电极和对电极三电极图案从光刻掩膜版转移到S201中的硅基片的第三表面，然后在正胶显影液中显影52s，再用去离子水清洗表面；
S203、利用电子束蒸发，在S202制作出的硅基片第三表面蒸镀一层厚度为100nm的Au，之后将硅基片第三表面朝上放入丙酮中浸泡剥离10s，最后用丙酮冲洗，去除光刻胶，留下金属电极；
S204、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光25s，将观察视窗图案从光刻掩膜版转移到S203中的硅基片的第三表面，然后在正胶显影液中显影52s，再用去离子水清洗表面；
S205、利用反应离子刻蚀工艺，在S204中的硅基片第四表面上观察视窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第四表面朝上放入丙酮浸泡30s，最后用去离子水冲洗；
S206、将S205中制作出的硅基片第四表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下观察视窗口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S207、将S206制作出的硅基片进行激光划片，分成独立下片8，大小6mm*4mm。
可选的，所述绝缘层10、14厚度为500nm，材料为氧化铝，所述绝缘层10、14设置在氮化硅层11、13之上。
可选的，所述氮化硅层2、4和11、13厚度为200nm。
特别的，所述电子束视窗7设置在所述对称的两个注液口6连线中心位置。
可选的，所述金属键合层5厚度为2000nm，所用金属为钯或铟。
特别的，所述上片1与所述下片8的粘接方式是通过金属键合层5热蒸发方式将所述上片1的第二表面粘接在所述下片8的第三表面之上，形成一体化芯片。
实施例4
本发明实施例公开了一种原位液体池芯片，结构如图5、图6、图7所示，所述原位液体池芯片包括盖片1和底片7，所述盖片1由两面带有氮化硅薄膜层2、4的硅基片3制成，所述盖片1上有两个对称的注液口5和一个位于中心位置的电子束视窗6；所述底片7由两面带有氮化硅薄膜层9、11的硅基片10制成，所述底片7包括粘结层8和观察视窗12，所述粘结层8一般为金属键合层，所述观察视窗12位于底片7中心位置；所述盖片1与底片7通过金属键合层粘结层8粘接，所述底片7的观察视窗12与所述盖片1的电子束视窗6垂直对齐，大小一致。
同时本发明实施例公开了一种原位液体池芯片的制作方法，如图8所示，该制作方法包括以下步骤：
步骤S1：制作底片7；
步骤S2：制作盖片1；
步骤S3：盖片1和底片7通过金属键合层粘结层8粘接，形成一体化原位液体池芯片。
特别的，所述底片7具有第一表面和与第一表面相背对的第二表面，所述底片7制作步骤S1如下：
S101、准备两面带有氮化硅薄膜层的硅基片，硅基片大小4寸，硅基片厚度200um，所述氮化硅层薄膜厚度200nm；
S102、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光15s，将观察视窗图案从光刻掩膜版转移到S101中的硅基片第一表面，然后在正胶显影液中显影50s；
S103、利用反应离子刻蚀工艺，在S102制作出的硅基片第一表面上观察窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第一表面朝上放入丙酮浸泡1s，最后用去离子水冲洗，去除光刻胶；
S104、将S103中制作出的硅基片第二表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至第一表面只留下观察窗口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S105、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光15s，将金属键合层图案从光刻掩膜版转移到步骤S104制作出的硅基片第一表面，然后在正胶显影液中显影50s；
S106、利用热蒸发，在S105制作出的硅基片第一表面蒸镀一层金属粘结层，然后将硅 基片第一表面朝上放入丙酮浸泡剥离20s，最后用去离子水冲洗，去除光刻胶，留下金属粘结层；
S107、将S106制作出的硅基片进行激光划片，分成独立底片7，大小为3mm*3mm。
特别的，所述盖片1具有第三表面和与第三表面相背对的第四表面，所述盖片1制作步骤S2如下：
S201、准备两面带有氮化硅薄膜层的硅基片，硅基片大小4寸，硅基片厚度200um，所述氮化硅薄膜层厚度200nm；
S202、利用光刻工艺，将S201中的硅基片在紫外光刻机曝光15s，将注液口图案从光刻掩膜版转移到硅基片第三表面，然后在正胶显影液中显影50s，再用去离子水清洗表面；
S203、利用反应离子刻蚀工艺，在S202制作出的硅基片第四表面上注液口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第四表面朝上放入丙酮浸泡剥离20s，最后用去离子水冲洗，去掉光刻胶；
S204、将S203制作出的硅基片第四表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至第一表面只留下注液口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S205、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光15s，将电子束视窗图案从光刻掩膜版转移到S204制作出的硅基片第三表面，然后在正胶显影液中显影50s；
S206、利用反应离子刻蚀工艺，在S205制作出的硅基片第三表面上电子束视窗处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第三表面朝上放入丙酮浸泡剥离20s，最后用去离子水冲洗，去除光刻胶；
S207、将S206制作出的硅基片第四表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至第一表面只留下注液口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S208、将S207制作出的硅基片进行激光划片，分成独立盖片1，大小为3mm*3mm。
步骤S3：组装底片7与盖片1。底片7的观察视窗12与盖片1的电子束视窗6垂直对齐，所述盖片1的第二表面与所述底片7的第三表面通过金属键合层粘结层8粘结，形成一体化原位液体池芯片。
可选的，制作底片7时，所述观察窗口12大小为30um*50um。
可选的，制作盖片1时，所述注液口5图案为长方形或正方形，本实施例注液口5尺寸为300um*400um。
可选的，制作底片7时，所述粘结层8一般为金属键合层，厚度为1000nm，所用金属可选用铝，铜，钛，铁，金，铂，钯，铟，锡。
在工作过程中，使用人员可以通过制样仓在注液口加样，封闭注液口后，经过检漏后放入电子显微镜中观测。
实施例5
本发明实施例公开了一种原位加热芯片，如图9、图10、图11所示，其结构形式包括第一基片1和第二基片8。第一基片1由硅基片3、氮化硅薄膜2和4、金属键合层5制成。第二基片8由硅基片13、氮化硅薄膜12和14、四电极体系10、加热金属丝11制成。第一基片1和第二基片8由上至下按序设置。第一基片1设有两个对称的注液口6和一个视窗口7。第二基片8设有中心视窗15。第一基片1的视窗口7与第二基片8的中心视窗15垂直对齐、大小一致。
第一基片1与第二基片8两面均覆盖一层超薄氮化硅薄膜2、4和12、14，厚度200nm。通过下述制作方法，氮化硅薄膜4可作为第一基片1视窗口7和第二基片8中心视窗15的薄膜材料；同时，氮化硅薄膜4和12用作绝缘层隔离第一基片1的硅基片3和金属键合层5，隔离第二基片8的硅基片13和四电极体系10、加热金属丝11。
第一基片1上通过蒸镀的方式设置有金属键合层5。
金属键合层5选用金属可为Al，Cu，Ti，Fe，Au，Pt，Pd，In，Sn，厚度1000nm。
第二基片8正面上通过蒸镀的方式设置有四电极体系10。
四电极体系10分别使用单独的电流源和感应电压电路。四电极体系10设计为两组等效电路，其中一组回路负责供电加热，另一组回路实时监控供电电路的电阻。更进一步地，四电极体系10可通过反馈电路进行实时调节测试电路的电阻以达到设置的温度。
第二基片8正面上通过蒸镀方式设置有加热金属丝11。
加热金属丝11材料可采用金属或者半导体，包括铂，铑，钨，钼，镍，铬,铁，铝，碳化硅，碳化钨，碳化钼等材料中的一种或多种。加热金属丝11螺旋设置在所述的中心视窗15四周，加热中心区域面积设定为0.15mm*0.15mm-0.2mm*0.2mm，加热金属丝11材料厚度为200nm，有利于加热的均匀性和温度的稳定性，稳定观测样品位置。
第一基片1的两个对称注液口6与视窗口7相连通，且视窗口7设置在两个注液口6连线中心处。第一基片1的视窗口7与第二基片8的中心视窗15垂直对齐、大小一致，窗口尺寸为10um*30um。
第一基片1和第二基片8之间通过金属键合层5粘接，实现一体化设计。
同时本实施例公开了一种原位加热芯片的制作方法，如图12所示，该制作方法包括以下步骤：
步骤S1：制作第一基片1，包括以下内容：
S101、选用两面带有氮化硅绝缘层的硅基片，氮化硅层厚度200nm；
S102、利用光刻工艺将硅基片在紫外光刻机曝光15s，然后将注液口图案从光刻掩膜版 转移到硅基片正面，然后在正胶显影液中显影50s，再用去离子水冲洗；
S103、利用反应离子刻蚀工艺，在S102制作出的硅基片正面上注液口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片正面朝上放入丙酮浸泡20s，最后用大量去离子水冲洗，去除光刻胶；
S104、将S103制作出的硅基片背面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至正面只留下视窗口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S105、利用光刻工艺，将S104制作出的硅基片在紫外光刻机曝光15s，将视窗口图案从光刻掩膜版转移到硅基片正面，然后在正胶显影液中显影50s，再用去离子水冲洗清洗表面；
S106、利用反应离子刻蚀工艺，在S105制作出的硅基片背面的氮化硅绝缘层上刻蚀出视窗口，然后将硅基片背面朝上放入丙酮浸泡20s，最后用去离子水冲洗，去掉光刻胶；
S107、将S106制作出的硅基片背面朝上放入质量百分比浓度为5％四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至正面只留下氮化硅薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S108、利用热蒸发，在S107制作出的硅基片一面蒸镀一层厚度为1000nm金属，将硅基片镀膜一面朝上进行光刻曝光15s，显影50s，然后放入稀盐酸中浸泡2min，去除硅基片上多余部分的键合层金属，最后放入丙酮浸泡20s，再用去离子水冲洗，去除光刻胶，留下有效部分金属键合层；
S109、将S108制作出的硅基片进行激光划片，分成独立芯片，芯片大小4mm*4mm，即第一基片1。
步骤S2：制作第二基片8，包括以下内容：
S201、选用两面带有氮化硅绝缘层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度200um；
S202、利用光刻工艺将硅基片在紫外光刻机曝光15s，然后将四电极体系图案从光刻掩膜版转移到硅基片正面，然后在正胶显影液中显影50s，再用去离子水清洗表面；
S203、利用电子束蒸发，在S202制作出的硅基片正面蒸镀一层加热金属丝，然后将硅基片正面朝上放入丙酮浸泡20s，最后用去离子水冲洗直至去除光刻胶，留下加热金属丝；
S204、利用光刻工艺将S203制作的硅基片在紫外光刻机曝光15s，将中心视窗图案从光刻掩膜版转移到硅基片正面，然后在正胶显影液中显影50s，再用去离子水冲洗清洗表面；
S205、利用反应离子刻蚀工艺，在S204制作出的硅基片背面上中心视窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片背面朝上放入丙酮浸泡20s，最后用去离子水冲洗，去掉光刻胶；
S206、将S205制作出的硅基片背面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至正面只留下中心视窗氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
S207、将S206制作出的硅基片正面再覆盖一层氮化硅薄膜，利用光刻工艺和刻蚀工艺将四电极体系上的氮化硅刻蚀掉，露出四电极体系触点部分，最后用去离子水冲洗表面；
S208、将S207制作出的硅基片进行激光划片，分成独立芯片，芯片大小4mm*6mm，即第二基片8。
步骤S3：组装第一基片1与第二基片8。第一基片1的视窗口7与第二基片8的中心视窗15垂直对齐、大小一致。通过金属键合层5粘接，形成一体化原位加热芯片。
通过上述制作方法，制作出的一体化原位加热芯片规格如下：
第一基片1，芯片大小：4mm*4mm；
第二基片8，芯片大小：4mm*6mm；
氮化硅层2、4和12、14厚度：200nm；
金属键合层5厚度：1000nm；
视窗口7与中心视窗15大小：10um*30um；
四电极体系10，加热金属丝11厚度200nm。
在实际使用过程中，实验技术人员可以通过制样仓在注液口加样，封闭注液口后，经过检漏后放入电子显微镜中观测。同时根据温控程序对加热金属丝实现加热，使样品在设定温度下受热反应，方便实验技术人员观察样品在加热作用下的微观变化，实现加热检测的效果。通过本发明提供的原位加热芯片可以保证加热的均匀性和温度的稳定性，稳定观测样品位置的良好效果。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (42)

  1. 一种透射电镜原位电化学检测芯片，其特征在于：所述透射电镜原位电化学检测芯片包括上片和下片，所述上片由两面带有氮化硅层的硅基片制成，所述上片的硅基片上有两个对称的注液口和一个电子束视窗；所述上片的硅基片一面设置有金属键合层；所述下片由两面带有绝缘层和氮化硅层的硅基片制成，所述下片的硅基片一面设置有参比电极、工作电极和对电极三电极体系；所述下片中心位置设置有观察视窗；所述上片和所述下片通过金属键合层粘接；所述上片的电子束视窗与所述下片的观察视窗垂直对齐，大小一致。
  2. 根据权利要求1所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片，其特征在于：所述的上片和下片的硅基片两面均覆有一层氮化硅层；所述的氮化硅层厚度为5-200nm。
  3. 根据权利要求2所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片，其特征在于：所述的氮化硅薄膜可用作所述的上片电子束视窗口的薄膜材料，有效提高成像分辨率，降低背景噪音。
  4. 根据权利要求2所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片，其特征在于：所述的氮化硅薄膜可用作所述的下片观察视窗的薄膜材料；所述的观察视窗氮化硅薄膜可作为样品的支持层，有效提高成像分辨率，降低背景噪音。
  5. 根据权利要求1所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片，其特征在于：所述的下片硅基片两面均覆有一层绝缘层；所述的绝缘层材料为氧化铝，厚度为20-500nm。
  6. 根据权利要求5所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片，其特征在于：所述的氧化铝绝缘层覆盖在所述的氮化硅层上。
  7. 根据权利要求2-6任一所述透射电镜原位电化学检测芯片，其特征在于：所述的氮化硅层和所述的氧化铝绝缘层可作为一种复合绝缘层。所述复合绝缘层隔离所述下片的硅基片和参比电极、工作电极、对电极。所述氮化硅绝缘层隔离所述上片的硅基片和金属键合层。
  8. 根据权利要求1所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片，其特征在于：所述的上片的电子束视窗设置在所述对称的两个注液口连线中心位置。
  9. 根据权利要求1所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片，其特征在于：所述的下片设置有参比电极、工作电极和对比电极三电极体系。这种三电极体系控电位更加精确，外部接入电源可由专业电化学工作站调控。
  10. 根据权利要求9所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片，其特征在于：所述的三电极结构其电极材料为30nm-150nm Au。
  11. 根据权利要求9所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片，其特征在于：所述的三电极结构中参比电极与工作电极在一侧，对电极在另一侧。其中工作电极尖端位于观察视窗，便于观察工作电极上发生的电化学反应，工作电极尖端最窄处宽为3um，太宽会超过观察视窗的宽度，太窄则会大大增加光刻难度；对电极采用半圆形图案，以形成均匀电场，对电极 为直径为700um的半圆形图案，对电极距离工作电极20-5000um。
  12. 根据权利要求1所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片，其特征在于：所述的金属键合层的厚度为50-2000nm，所用金属可选用铝，铜，钛，铁，金，铂，钯，铟，锡，钨或钼；金属键合层厚度决定观测样品液层厚度。
  13. 一种权利要求1所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片的制作方法，其特征在于：该制作方法包括以下步骤：
    步骤S1：制作上片；
    步骤S2：制作下片；
    步骤S3：上片和下片通过金属键合层粘接，形成一体化透射电镜原位电化学检测芯片。
  14. 根据权利要求13所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片的制作方法，其特征在于：所述上片具有第一表面和与第一表面相背对的第二表面，所述上片制作方法步骤S1如下：
    S101、准备两面带有氮化硅层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度50-500um；
    S102、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将注液口图案从光刻掩膜版转移到S101中的硅基片的第一表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水清洗表面；
    S103、利用反应离子刻蚀工艺，在S102中的硅基片第二表面上注液口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第二表面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗；
    S104、将S103中制作出的硅基片第二表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下注液口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
    S105、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将电子束视窗图案从光刻掩膜版转移到S104中的硅基片的第一表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水清洗表面；
    S106、利用反应离子刻蚀工艺，在S105中的硅基片第二表面上电子束视窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第二表面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗；
    S107、将S106中制作出的硅基片第二表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下电子束视窗口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
    S108、利用热蒸发，在S107制作出的硅基片第二面蒸镀一层厚度为50nm-2000nm金属，将硅基片镀膜第二面朝上进行光刻曝光10-30s，显影30-60s，然后放入稀盐酸中浸泡2min，去除硅基片上多余部分的键合层金属，最后放入丙酮浸泡10-30s，再用去离子水冲洗，去除光刻胶，留下有效部分金属键合层；
    S109、将S108制作出的硅基片进行激光划片，分成独立上片。
  15. 根据权利要求13所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片的制作方法，其特征在于： 所述下片具有第三表面和与第三表面相背对的第四表面，所述下片制作方法步骤S2如下：
    S201、准备两面带有绝缘层和氮化硅层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度50-500um；
    S202、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将参比电极、工作电极和对电极三电极图案从光刻掩膜版转移到S201中的硅基片的第三表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水清洗表面；
    S203、利用电子束蒸发，在S202制作出的硅基片第三表面蒸镀一层厚度为30-150nm的Au，之后将硅基片第三表面朝上放入丙酮中浸泡剥离10-30s，最后用丙酮冲洗，去除光刻胶，留下金属电极；
    S204、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将观察视窗图案从光刻掩膜版转移到S203中的硅基片的第三表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水清洗表面；
    S205、利用反应离子刻蚀工艺，在S204中的硅基片第四表面上观察视窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第四表面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗；
    S206、将S205中制作出的硅基片第四表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至只留下观察视窗口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
    S207、将S206制作出的硅基片进行激光划片，分成独立下片。
  16. 根据权利要求13所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片的制作方法，其特征在于：所述上片和所述下片通过金属键合层粘接，制作方法步骤S3如下：
    S301、上述S109和S207制作的上片和下片通过金属键合层粘接，组装成一体式透射电镜原位电化学检测芯片。
  17. 根据权利要求3所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片的的制作方法，其特征在于：所述的金属键合层的厚度为50-2000nm，所用金属可选用铝，铜，钛，铁，金，铂，钯，铟，锡，钨或钼；金属键合层厚度决定观测样品液层厚度。
  18. 根据权利要求2-4任一所述的一种透射电镜原位电化学检测芯片的制作方法，其特征在于：所述上片与所述下片的粘接方式是通过金属键合层热蒸发的方式将所述上片的第二表面粘接在所述下片的第三表面之上，形成一体化透射电镜原位电化学检测芯片。
  19. 一种原位液体池芯片，其特征在于：所述原位液体池芯片包括底片和盖片，所述盖片由两面带有氮化硅薄膜层的硅基片制成，所述盖片上有两个对称的注液口和一个位于中心位置的电子束视窗；所述底片由两面带有氮化硅薄膜层的硅基片制成，所述底片包括粘结层和观察视窗，所述粘结层一般为金属键合层，所述观察视窗位于底片中心位置；所述盖片与底片通过金属键合层粘结层粘接，所述底片的观察视窗与所述盖片的电子束视窗垂直对齐，大小一致。
  20. 根据权利要求19所述的一种原位液体池芯片，其特征在于：所述的盖片和底片的硅基片两面均覆有一层氮化硅薄膜层；所述的氮化硅薄膜层厚度为5-200nm。
  21. 根据权利要求20所述的一种原位液体池芯片，其特征在于：所述的氮化硅薄膜层可用作所述的盖片电子束视窗的薄膜材料；所述的氮化硅薄膜层可用作所述的底片观察视窗处样品的支持层，有效提高成像分辨率，降低背景噪音。
  22. 根据权利要求19所述的一种原位液体池芯片，其特征在于：所述盖片的电子束视窗和所述底片的观察窗口大小均为30um*50um，垂直对齐。
  23. 根据权利要求19所述的一种原位液体池芯片，其特征在于：所述的金属键合层厚度为50-2000nm，所用金属可选用铝，铜，钛，铁，金，铂，钯，铟，锡。
  24. 一种权利要求19所述的一种原位液体池芯片的制作方法，其特征在于：该制作方法包括以下步骤：
    步骤S1：制作底片；
    步骤S2：制作盖片；
    步骤S3：盖片和底片通过金属键合层粘接，形成一体化原位液体池芯片。
  25. 根据权利要求24所述的一种原位液体池芯片的制作方法，其特征在于：所述底片具有第一表面和与第一表面相背对的第二表面，所述底片制作步骤S1如下：
    S101、准备两面带有氮化硅薄膜层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度50-500um，所述氮化硅层薄膜厚度5-200nm；
    S102、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将观察视窗图案从光刻掩膜版转移到S101中的硅基片第一表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，取出硅基片用去离子水冲洗；
    S103、利用反应离子刻蚀工艺，在S102制作出的硅基片第一表面上观察窗口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第一表面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗，去除光刻胶；
    S104、将S103中制作出的硅基片第二表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至第一表面只留下观察窗口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
    S105、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将金属键合层图案从光刻掩膜版转移到步骤S104制作出的硅基片第一表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水冲洗；
    S106、利用热蒸发，在S105制作出的硅基片第一表面蒸镀一层金属粘结层，然后将硅基片第一表面朝上放入丙酮浸泡剥离10-30s，最后用去离子水冲洗，去除光刻胶，留下金属粘结层；
    S107、将S106制作出的硅基片进行激光划片，分成独立底片。
  26. 根据权利要求24所述的一种原位液体池芯片的制作方法，其特征在于：所述盖片具有第三表面和与第三表面相背对的第四表面，所述盖片制作步骤S2如下：
    S201、准备两面带有氮化硅薄膜层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度50-500um，所述氮化硅薄膜层厚度5-200nm；
    S202、利用光刻工艺，将S201中的硅基片在紫外光刻机曝光10-30s，将注液口图案从光刻掩膜版转移到硅基片第三表面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水清洗表面；
    S203、利用反应离子刻蚀工艺，在S202制作出的硅基片第四表面上注液口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第四表面朝上放入丙酮浸泡剥离10-30s，最后用清洗剂冲洗，去掉光刻胶；
    S204、将S203制作出的硅基片第四表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至第一表面只留下注液口氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
    S205、利用光刻工艺，在紫外光刻机曝光10-30s，将电子束视窗图案从光刻掩膜版转移到S204制作出的硅基片第三表面，然后在正胶显影液中显影30-60s；
    S206、利用反应离子刻蚀工艺，在S205制作出的硅基片第三表面上电子束视窗处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片第三表面朝上放入丙酮浸泡剥离10-30s，最后用清洗剂冲洗，去除光刻胶；
    S207、将S206制作出的硅基片第四表面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至第一表面只留下电子束视窗氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
    S208、将S207制作出的硅基片进行激光划片，分成独立盖片。
  27. 根据权利要求24所述的一种原位液体池芯片的制作方法，其特征在于：所述盖片和所述底片通过金属键合层粘接，制作方法步骤S3如下：
    S301、上述S107和S208制作的底片和盖片通过金属键合层粘接，组装成一体式原位液体池芯片。
  28. 根据权利要求24所述的一种原位液体池芯片的制作方法，其特征在于：所述粘结底片与盖片步骤S3中，底片的观察视窗与盖片的电子束视窗对齐，所述盖片的第二表面与所述底片的第三表面通过金属键合层粘结层粘结，形成一体化原位液体池芯片。
  29. 一种原位加热芯片，其特征在于，所述的原位加热芯片包括第一基片和第二基片。所述的第一基片由硅基片、氮化硅薄膜、金属键合层制成。所述的第二基片由硅基片、氮化硅 薄膜、四电极体系、加热金属丝制成；所述的第一基片和第二基片由上至下按序设置；所述的第一基片设有两个对称的注液口和一个视窗口；所述的第二基片设有中心视窗；所述的第一基片的视窗口与所述的第二基片的中心视窗垂直对齐、大小一致。
  30. 根据权利要求29所述的一种原位加热芯片，其特征在于，所述的第一基片与第二基片的硅基片两面均覆盖一层超薄氮化硅薄膜，厚度为5-200nm。
  31. 根据权利要求30所述的一种原位加热芯片，其特征在于，所述的氮化硅薄膜既用作所述的第一基片视窗口和第二基片中心视窗的薄膜材料；又用作绝缘层隔离所述的第一基片的硅基片和金属键合层；还用作绝缘层隔离所述的第二基片的硅基片和四电极体系、加热金属丝。
  32. 根据权利要求29所述的一种原位加热芯片，其特征在于，所述的金属键合层选用金属可为Al，Cu，Ti，Fe，Au，Pt，Pd，In，Sn，厚度50nm-2000nm。
  33. 根据权利要求29所述的一种原位加热芯片，其特征在于，所述的金属键合层通过热蒸发方式对所述的第一基片和第二基片进行粘接封装，形成一体化。
  34. 根据权利要求29所述的一种原位加热芯片，其特征在于，所述的四电极体系，分别使用了单独的电流源和感应电压电路。
  35. 根据权利要求34所述的一种原位加热芯片，其特征在于，所述的四电极体系设计为两组等效电路，其中一组回路负责供电加热，另一组回路实时监控供电电路的电阻。
  36. 根据权利要求34所述的一种原位加热芯片，其特征在于，所述的四电极体系可进行实时调节测试电路的电阻以达到设置的温度。
  37. 根据权利要求29所述的一种原位加热芯片，其特征在于，所述的加热金属丝材料可采用金属或者半导体，包括铂，铑，钨，钼，镍，铬,铁，铝，碳化硅，碳化钨，碳化钼等材料中的一种或多种。
  38. 根据权利要求37所述的一种原位加热芯片，其特征在于，所述的加热金属丝螺旋设置在所述的中心视窗四周。
  39. 根据权利要求38所述的一种原位加热芯片，其特征在于，所述的加热金属丝加热中心区域面积设定为0.15mm*0.15mm-0.2mm*0.2mm，加热金属丝材料厚度为100nm-200nm，有利于加热的均匀性和温度的稳定性，稳定观测样品位置。
  40. 根据权利要求29所述的一种原位加热芯片，其特征在于，所述的第一基片的两个对称注液口与视窗口相连通，且视窗口设置在两个注液口连线中心处。
  41. 根据权利要求29所述的一种原位加热芯片，其特征在于，所述的第一基片的视窗口与所述的第二基片的中心视窗垂直对齐、大小一致，窗口尺寸为10um*30um。
  42. 一种原位加热芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
    步骤S1：制作第一基片，包括以下内容：
    S101、选用两面带有氮化硅绝缘层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度50-500um；
    S102、利用光刻工艺将硅基片在紫外光刻机曝光10-30s，然后将注液口图案从光刻掩膜版转移到硅基片正面，然后在正胶显影液中显影30-60s，后用大量去离子水冲洗；
    S103、利用反应离子刻蚀工艺，在S102制作出的硅基片正面上注液口处的氮化硅刻蚀掉，然后将硅基片正面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用大量去离子水冲洗，去除光刻胶；
    S104、将S103制作出的硅基片背面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至正面只留下氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
    S105、利用光刻工艺，将S104制作出的硅基片在紫外光刻机曝光10-30s，将视窗口图案从光刻掩膜版转移到硅基片正面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水冲洗清洗表面；
    S106、利用反应离子刻蚀工艺，在S105制作出的硅基片背面的氮化硅绝缘层上刻蚀出视窗口，然后将硅基片背面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗，去掉光刻胶；
    S107、将S106制作出的硅基片背面朝上放入质量百分比浓度为5％四甲基氢氧化铵溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至正面只留下氮化硅薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
    S108、利用热蒸发，在S107制作出的硅基片一面蒸镀一层厚度为50nm-2000nm金属，将硅基片镀膜一面朝上进行光刻曝光10-30s，显影30-60s，然后放入稀盐酸中浸泡2min，去除硅基片上多余部分的键合层金属，最后放入丙酮浸泡10-30s，再用去离子水冲洗，去除光刻胶，留下有效部分金属键合层；
    S109、将S108制作出的硅基片进行激光划片，分成独立芯片，即第一基片。
    步骤S2：制作第二基片，包括以下内容：
    S201、选用两面带有氮化硅绝缘层的硅基片，硅基片大小4寸，厚度50-500um；
    S202、利用光刻工艺将硅基片在紫外光刻机曝光10-30s，然后将四电极体系图案从光刻掩膜版转移到硅基片正面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水清洗表面；
    S203、利用电子束蒸发，在S202制作出的硅基片正面蒸镀一层加热金属丝，然后将硅基片正面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗直至去除光刻胶，留下加热金属丝；
    S204、利用光刻工艺将S203制作的硅基片在紫外光刻机曝光10-30s，将中心视窗图案从光刻掩膜版转移到硅基片正面，然后在正胶显影液中显影30-60s，再用去离子水冲洗清洗表面；
    S205、利用反应离子刻蚀工艺，在S204制作出的硅基片背面上中心视窗口处的氮化硅 刻蚀掉，然后将硅基片背面朝上放入丙酮浸泡10-30s，最后用去离子水冲洗，去掉光刻胶；
    S206、将S205制作出的硅基片背面朝上放入质量百分比浓度为5％氢四甲基氢氧化铵溶液中进行湿法刻蚀，刻蚀温度为90℃，刻蚀至正面只留下中心视窗氮化硅绝缘层薄膜，取出硅基片用离子水冲洗；
    S207、将S206制作出的硅基片正面再覆盖一层氮化硅薄膜，利用光刻工艺和刻蚀工艺将四电极体系上的氮化硅刻蚀掉，露出四电极体系触点部分，最后用去离子水冲洗表面；
    S208、将S207制作出的硅基片进行激光划片，分成独立芯片，即第二基片。
    步骤S3：组装第一基片与第二基片。第一基片的视窗口与第二基片的中心视窗垂直对齐、大小一致，通过金属键合层粘接，形成一体化原位加热芯片。
PCT/CN2020/078968 2019-03-12 2020-03-12 一种透射电镜原位电化学检测芯片、原位液体池芯片、原位加热芯片及其制备方法 WO2020182184A1 (zh)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910182770.5 2019-03-12
CN201910182781.3A CN110514677A (zh) 2019-03-12 2019-03-12 一种原位液体池芯片及其制作方法
CN201910182781.3 2019-03-12
CN201910182770.5A CN110501365A (zh) 2019-03-12 2019-03-12 一种原位加热芯片及其制作方法
CN201911034173.4A CN110736760B (zh) 2019-10-28 2019-10-28 一种透射电镜原位电化学检测芯片及其制作方法
CN201911034173.4 2019-10-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020182184A1 true WO2020182184A1 (zh) 2020-09-17

Family

ID=72426144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2020/078968 WO2020182184A1 (zh) 2019-03-12 2020-03-12 一种透射电镜原位电化学检测芯片、原位液体池芯片、原位加热芯片及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2020182184A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210045782A (ko) * 2019-10-17 2021-04-27 한국과학기술원 전극을 포함하는 전자현미경용 액상 칩

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102866034A (zh) * 2011-07-05 2013-01-09 财团法人交大思源基金会 一种电子显微镜样品盒
JP2017224507A (ja) * 2016-06-16 2017-12-21 大日本印刷株式会社 試料収容セルの製造方法
CN107525816A (zh) * 2017-09-30 2017-12-29 南通盟维芯片科技有限公司 具有超薄氮化硅观察窗口的tem液体测试芯片及其制法
JP2018022620A (ja) * 2016-08-04 2018-02-08 大日本印刷株式会社 試料収容セル及びその製造方法
CN208521892U (zh) * 2018-07-11 2019-02-19 厦门芯极科技有限公司 一种可控温的电芯片
CN109865541A (zh) * 2019-03-12 2019-06-11 厦门大学 一种扫描电镜原位电化学检测芯片及其制作方法
CN110501365A (zh) * 2019-03-12 2019-11-26 厦门超新芯科技有限公司 一种原位加热芯片及其制作方法
CN110514677A (zh) * 2019-03-12 2019-11-29 厦门超新芯科技有限公司 一种原位液体池芯片及其制作方法
CN110736760A (zh) * 2019-10-28 2020-01-31 厦门超新芯科技有限公司 一种透射电镜原位电化学检测芯片及其制作方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102866034A (zh) * 2011-07-05 2013-01-09 财团法人交大思源基金会 一种电子显微镜样品盒
JP2017224507A (ja) * 2016-06-16 2017-12-21 大日本印刷株式会社 試料収容セルの製造方法
JP2018022620A (ja) * 2016-08-04 2018-02-08 大日本印刷株式会社 試料収容セル及びその製造方法
CN107525816A (zh) * 2017-09-30 2017-12-29 南通盟维芯片科技有限公司 具有超薄氮化硅观察窗口的tem液体测试芯片及其制法
CN208521892U (zh) * 2018-07-11 2019-02-19 厦门芯极科技有限公司 一种可控温的电芯片
CN109865541A (zh) * 2019-03-12 2019-06-11 厦门大学 一种扫描电镜原位电化学检测芯片及其制作方法
CN110501365A (zh) * 2019-03-12 2019-11-26 厦门超新芯科技有限公司 一种原位加热芯片及其制作方法
CN110514677A (zh) * 2019-03-12 2019-11-29 厦门超新芯科技有限公司 一种原位液体池芯片及其制作方法
CN110736760A (zh) * 2019-10-28 2020-01-31 厦门超新芯科技有限公司 一种透射电镜原位电化学检测芯片及其制作方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210045782A (ko) * 2019-10-17 2021-04-27 한국과학기술원 전극을 포함하는 전자현미경용 액상 칩
KR102400448B1 (ko) 2019-10-17 2022-05-20 한국과학기술원 전극을 포함하는 전자현미경용 액상 칩

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110736760B (zh) 一种透射电镜原位电化学检测芯片及其制作方法
CN109865541B (zh) 一种扫描电镜原位电化学检测芯片及其制作方法
US6982519B2 (en) Individually electrically addressable vertically aligned carbon nanofibers on insulating substrates
CN110501365A (zh) 一种原位加热芯片及其制作方法
CN111370280B (zh) 一种透射电镜高分辨原位气相加热芯片及其制备方法
CN109972087B (zh) 一种微电极沉积掩膜的制备方法
WO2022041597A1 (zh) 一种透射电镜高分辨原位流体扰流加热芯片
CN110514677A (zh) 一种原位液体池芯片及其制作方法
WO2020182184A1 (zh) 一种透射电镜原位电化学检测芯片、原位液体池芯片、原位加热芯片及其制备方法
CN111312573A (zh) 一种透射电镜高分辨原位液相加热芯片及其制备方法
CN109894163A (zh) 一种高通量、高内涵药物筛选微流控芯片及其制备方法
CN103132039A (zh) 金属薄膜制备方法
CN109632906A (zh) 基于石墨烯-金属异质结的气体传感器阵列及其制备方法
CN213544440U (zh) 一种透射电镜高分辨原位悬空式温差加压芯片
CN112129786A (zh) 一种透射电镜高分辨原位悬空式温差加压芯片及其制备方法
CN109626321B (zh) 透射电镜和压电力显微镜通用的氮化硅薄膜窗口制备方法
CN1558424B (zh) 一种用于扫描探针显微镜的金薄膜基底制作方法
CN111122543A (zh) 一种粗糙化硅柱阵列结构及其制备方法
WO2022032463A1 (zh) 一种透射电镜高分辨原位流体冷冻芯片及其制备方法
CN212277151U (zh) 一种透射电镜高分辨原位温差芯片
WO2021179541A1 (zh) 一种透射电镜原位芯片及其制备方法
CN109759154A (zh) 一种基于聚吡咯电化学晶体管的微流控芯片及其制备方法
CN104882378A (zh) 一种基于氧等离子体工艺的纳米介质层制备方法
CN111474195B (zh) 一种自对准式原位表征芯片及其制备和使用方法
CN215339580U (zh) 透射电镜电化学检测芯片

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20770181

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20770181

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 03.05.2022)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20770181

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1