一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及透射電子顯微鏡配件，屬于納米材料測量領(lǐng)域。更具體地，涉及一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿。
【背景技術(shù)】
[0002]材料的宏觀性能往往與其本身的成分、結(jié)構(gòu)以及晶體缺陷中原子的位置等密切相關(guān)，在電子顯微鏡下觀察微觀結(jié)構(gòu)離不開樣品桿或者樣品臺。透射電子顯微鏡中的原位技術(shù)是當(dāng)前迅速發(fā)展的研宄領(lǐng)域，其優(yōu)點為:可以在微觀尺寸條件下實時觀察研宄材料和器件的結(jié)構(gòu)變化和物理性質(zhì)，有利于準(zhǔn)確了解材料和器件的實際使用效果。透射電子顯微鏡是利用電子的波動性來觀察固體材料內(nèi)部的顯微結(jié)構(gòu)的儀器。透射電鏡類似光學(xué)顯微鏡的原理，可將放大倍數(shù)提高到上千萬倍，遠(yuǎn)大于光學(xué)顯微鏡的放大倍數(shù)。
[0003]電磁學(xué)性質(zhì)是材料和器件的重要性質(zhì)，可以反映材料和器件的諸多物理性能，例如磁滯回線種類不同可以反映材料微觀磁疇結(jié)構(gòu)排布方式不同，磁阻效應(yīng)可以反映材料的疇壁位移和磁疇反轉(zhuǎn)的特點等。當(dāng)需要原位研宄電磁信號對材料和器件性質(zhì)影響時，需要將電流、電壓和磁場分別或同時加到樣品上，通過分別或同時改變外加電學(xué)或者磁學(xué)信號的強(qiáng)弱、方向來研宄其性能變化。目前，在透射電鏡樣品桿上加裝電磁場是原位電鏡技術(shù)發(fā)展的一個重要分支。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿，包括樣品桿頭、樣品桿身、手握柄，所述的樣品桿身由同軸設(shè)置的前端細(xì)桿和后端粗桿組成，所述的樣品桿頭設(shè)有載物臺，載物臺上設(shè)置有微型電磁鐵以及微加工方式制作電學(xué)測試芯片；所述的樣品桿身中，前端細(xì)桿與后端粗桿通過密封圈連接，前端細(xì)桿與樣品桿頭連接，后端粗桿與手握柄連接。
[0006]進(jìn)一步，從手握柄至樣品桿頭為同軸通孔導(dǎo)槽，導(dǎo)線設(shè)置在所述同軸通孔導(dǎo)槽內(nèi)。
[0007]進(jìn)一步，所述微型電磁鐵由四個相互正交微型螺線管組成，微型螺線管內(nèi)部放置鐵芯構(gòu)成微型電磁鐵。
[0008]進(jìn)一步，所述微型螺線管組纏繞漆包線，漆包線與導(dǎo)線在過渡臺連接，導(dǎo)線通過過渡臺后沿導(dǎo)槽直接進(jìn)入樣品桿身內(nèi)部。
[0009]進(jìn)一步，微型電磁鐵組通過上蓋片中的凹槽連接固定，樣品通過載物臺與上蓋片中的固定腳連接。
[0010]進(jìn)一步，手握柄側(cè)面和樣品桿身前端細(xì)桿均設(shè)有導(dǎo)向銷。
[0011]進(jìn)一步，前端細(xì)桿和后端粗桿通過錐形過渡段連接。
[0012]進(jìn)一步，導(dǎo)線在后端粗桿的內(nèi)部至分線接頭，在分線接頭另一端導(dǎo)線進(jìn)入手握柄內(nèi)部后經(jīng)引出口向外伸出，最后連接至透射電子顯微鏡外部的控制裝置中。
[0013]本發(fā)明中透射電子顯微鏡樣品桿工作原理是:所述電、磁場通過導(dǎo)線從透射電子顯微鏡外部進(jìn)入透射電子顯微鏡樣品室，用于將透射電子顯微鏡外部的電信號施加給樣品室中的樣品以及將透射電子顯微鏡外部的電信號通過樣品桿前端的微型電磁鐵轉(zhuǎn)換成磁場施加給樣品室中的樣品。
[0014]樣品放置在樣品桿頭載物臺處，四電極和微型電磁鐵均連接導(dǎo)線產(chǎn)生電信號和平面磁場。導(dǎo)線在樣品桿頭過渡臺處整合處理，再通過樣品桿內(nèi)部傳輸至樣品桿尾部手握柄，通過分線接頭對導(dǎo)線進(jìn)行分類處理然后連接至電鏡外部驅(qū)動及測試系統(tǒng)，采集信號，檢測電學(xué)磁學(xué)或電磁學(xué)數(shù)據(jù)，對材料進(jìn)行表征。
[0015]本發(fā)明從手握柄至樣品桿頭為同軸通孔導(dǎo)槽，導(dǎo)線設(shè)置在所述同軸通孔導(dǎo)槽內(nèi)；將至少部分導(dǎo)線鋪設(shè)在樣品桿內(nèi)部同軸通孔導(dǎo)槽內(nèi)，通過分線接頭將導(dǎo)線分開，盡量避免導(dǎo)線之間電學(xué)信號的影響。由于分線接頭種類繁多，在保證直徑規(guī)格相同的基礎(chǔ)上，可以選擇盡量多的接線頭，因此可以大大增加導(dǎo)線的數(shù)量，有利于增加樣品桿功能，例如:原位四電極測量，原位加熱等。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本樣品桿前端設(shè)置四個相對垂直微型電磁鐵可以產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)節(jié)平面磁場，無需調(diào)節(jié)樣品角度即可在透射電子顯微鏡內(nèi)部磁化樣品，其次由于可加電場，可以在電、磁場下直接原位觀察低維磁性材料或磁性結(jié)構(gòu)的單體輸運性質(zhì)，并結(jié)合這些低維磁性材料或低維磁結(jié)構(gòu)形貌、結(jié)構(gòu)、成份、電子態(tài)、磁力線分布和磁疇結(jié)構(gòu)的研宄，直觀、動態(tài)化研宄單個低維磁性材料或磁性結(jié)構(gòu)在電場、磁場或電磁場同時作用下的磁化反轉(zhuǎn)和磁阻效應(yīng)物理過程，快速、準(zhǔn)確的了解低維磁性材料或磁性結(jié)構(gòu)鐵磁-非鐵磁相互作用和磁阻效應(yīng)的本質(zhì)物理圖像，實現(xiàn)在納米甚至原子尺度上理解低維磁性材料或磁結(jié)構(gòu)磁相互作用機(jī)制和磁性調(diào)控機(jī)理。這是當(dāng)前很多功能單一的透射電鏡原位研宄樣品桿無法做到的。
[0017]微加工技術(shù)是現(xiàn)有很成熟的一項半導(dǎo)體加工技術(shù)，本發(fā)明中的電學(xué)測試芯片制作只需借助超凈室環(huán)境、離子束刻蝕技術(shù)、磁控濺射技術(shù)即可實現(xiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員都可以熟練操作實現(xiàn)這個過程。具體如下:
[0018]將硅片清洗干凈后，在超凈室內(nèi)使用甩膠儀在表面懸涂一層均勻的光刻膠，然后使用離子束刻蝕儀在硅片表面刻蝕出實驗所需的圖形，結(jié)束后使用磁控濺射技術(shù)在表面濺射一層金屬層作為導(dǎo)電層，最后使用超聲清洗干凈硅片即得到本樣品桿所需電學(xué)測試芯片。最后樣品放置在電極之間即可原位測試。
【附圖說明】
[0019]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0020]圖1是本發(fā)明的透射電子顯微鏡樣品桿的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明的透射電子顯微鏡樣品桿沿中軸線切開的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明的前端樣品桿頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明微型電磁鐵的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]其中，1-樣品桿頭；2_前端細(xì)桿；3_后端粗桿；4_手握柄；5_載物臺；6_微型電磁鐵；7_上蓋片；8_固定腳；9_凹槽；10_過渡臺；11-導(dǎo)槽；12_導(dǎo)向銷；13_維形過渡段；14-密封圈；15-分線接頭；16_引出口 ；17_電學(xué)測試芯片；18-微型螺線管。
【具體實施方式】
[0025]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0026]本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0027]—種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所不，一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿，包括樣品桿頭1、樣品桿身、手握柄4，所述的樣品桿身由同軸設(shè)置的前端細(xì)桿2和后端粗桿3組成，所述的樣品桿頭I設(shè)有載物臺5，載物臺5上設(shè)置有微型電磁鐵6及微加工方式制作電學(xué)測試芯片17 ;所述的樣品桿身中，前端細(xì)桿2與后端粗桿3通過1?、封圈14連接，如端細(xì)桿2與樣品桿頭I連接，后端粗桿3與手握柄4連接。從手握柄4至樣品桿頭I為同軸通孔導(dǎo)槽11，導(dǎo)線設(shè)置在所述同軸通孔導(dǎo)槽11內(nèi)。所述微型電磁鐵6由四個相互正交微型螺線管18組成，微型螺線管18內(nèi)部放置鐵芯構(gòu)成微型電磁鐵6。所述微型螺線管18組纏繞漆包線，漆包線與導(dǎo)線在過渡臺10連接，導(dǎo)線通過過渡臺10后沿導(dǎo)槽11直接進(jìn)入樣品桿身內(nèi)部。
[0028]一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿的結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示，一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿，微型電磁鐵6組通過上蓋片7中的凹槽9連接固定，電學(xué)測試芯片17通過載物臺5與上蓋片7中的固定腳8連接。手握柄4側(cè)面和樣品桿身前端細(xì)桿均設(shè)有導(dǎo)向銷12。前端細(xì)桿2和后端粗桿3通過錐形過渡段13連接。導(dǎo)線在后端粗桿3的內(nèi)部至分線接頭15，在分線接頭15另一端導(dǎo)線進(jìn)入手握柄4內(nèi)部后經(jīng)引出口向外伸出，最后連接至透射電子顯微鏡外部的控制裝置中。
[0029]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項】
1.一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿，包括樣品桿頭(I)、樣品桿身、手握柄(4)，所述的樣品桿身由同軸設(shè)置的前端細(xì)桿(2)和后端粗桿(3)組成，其特征在于: 所述的樣品桿頭(I)設(shè)有載物臺(5)，載物臺(5)上設(shè)置有微型電磁鐵(6)及微加工方式制作電學(xué)測試芯片 所述的樣品桿身中，前端細(xì)桿⑵與后端粗桿⑶通過密封圈(14)連接，前端細(xì)桿(2)與樣品桿頭(I)連接，后端粗桿(3)與手握柄(4)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿，其特征在于，從手握柄⑷至樣品桿頭⑴為同軸通孔導(dǎo)槽(11)，導(dǎo)線設(shè)置在所述同軸通孔導(dǎo)槽(11)內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿，其特征在于，所述微型電磁鐵(6)由四個相互正交微型螺線管(18)組成，微型螺線管(18)內(nèi)部放置鐵芯構(gòu)成微型電磁鐵(6)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿，其特征在于，所述微型螺線管(18)組纏繞漆包線，漆包線與導(dǎo)線在過渡臺(10)連接，導(dǎo)線通過過渡臺(10)后沿導(dǎo)槽(11)直接進(jìn)入樣品桿身內(nèi)部。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿，其特征在于，微型電磁鐵(6)組通過上蓋片(7)中的凹槽(9)連接固定，樣品(17)通過載物臺(5)與上蓋片⑵中的固定腳⑶連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿，其特征在于，手握柄(4)側(cè)面和樣品桿身前端細(xì)桿均設(shè)有導(dǎo)向銷(12)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿，其特征在于，前端細(xì)桿(2)和后端粗桿(3)通過錐形過渡段(13)連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿，其特征在于，導(dǎo)線在后端粗桿(3)的內(nèi)部至分線接頭(15)，在分線接頭(15)另一端導(dǎo)線進(jìn)入手握柄(4)內(nèi)部后經(jīng)引出口向外伸出，最后連接至透射電子顯微鏡外部的控制裝置中。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可加電、磁場的透射電子顯微鏡樣品桿，包括樣品桿頭、樣品桿身、手握柄，所述的樣品桿身由同軸設(shè)置的前端細(xì)桿和后端粗桿組成，所述的樣品桿頭設(shè)有載物臺，載物臺上設(shè)置有微型電磁鐵以及微加工方式制作電學(xué)測試芯片；所述的樣品桿身中，前端細(xì)桿與后端粗桿通過密封圈連接，前端細(xì)桿與樣品桿頭連接，后端粗桿與手握柄連接。本發(fā)明可以在電、磁場下直接原位觀察低維磁性結(jié)構(gòu)的單體輸運性質(zhì)，最終實現(xiàn)在納米甚至原子尺度上理解低維磁結(jié)構(gòu)磁相互作用機(jī)制和動態(tài)磁性調(diào)控機(jī)理。
【IPC分類】H01J37/20, G01N23/04
【公開號】CN104916516
【申請?zhí)枴緾N201510275642
【發(fā)明人】彭勇, 鄭修軍, 朱士猛, 張軍偉, 馬鴻斌, 關(guān)超帥, 楊保林, 胡陽, 薛德勝
【申請人】蘭州大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月26日