[发明专利]一种微纳米热检测传感组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种微纳米热检测传感组件，该传感组件是扫描探针热学显微成像系统中的核心部件，属于仪器研制领域。

背景技术

随着当前纳米技术的深入发展，迫切需要发展能够原位、无损、高分辨率表征材料和器件微纳米尺度性能的检测技术，特别是热物性的表征技术。在微纳米尺度上，由于量子效应、物质局限性及界面效应等因素，热物理性将产生明显的尺寸效应，从而直接影响材料和器件的性能稳定性、可靠性及使用寿命。因此如何准确检测微纳米尺度热物性已日益为人们所关注。原子力显微镜是当前开展材料和器件纳米结构成像的重要工具，在此基础上发展新部件，拓展新功能，将极大地推动纳米表征技术的发展。目前，仅有个别公司在AFM平台上生产提供具有微纳米热检测成像功能的商用产品。但该商用产品由于选用的测试方法及相关装置的配套等技术问题，其热检测成像的分辨率仅为100纳米，该分辨率与当前纳米科研的实际要求尚有距离。同时，该产品相关的热检测附件是专用的，与其他商用AFM仪器在结构上不兼容，使得其他AFM仪器用户难以直接应用上述的热检测附件构成微纳米热检测成像系统。为此，本发明研制了热成像分辨率高、结构具有一定通用性、并适宜安装在不同AFM仪器上的微纳米热传感组件，目前国内外无这方面的报导。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够用于微纳米热检测成像用的高灵敏度、性能稳定、受环境波动影响小、结构通用的传感组件。该传感组件将原子力显微镜纳米检测功能与具有热检测灵敏度高、测试数据准确、尤适于对微纳米量级绝缘薄膜材料与器件进行纵向热导测量的3倍频检测模式结合起来，使系统的热成像分辨率优于60纳米。该传感组件采用双探针结构的差动输入方式，克服环境波动的影响，保证了测试数据的准确。同时在结构上将构成传感组件的部件集成在AFM探针支架上，解决了结构兼容的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种微纳米热检测传感组件，用于原子力显微镜热成像系统，包括：热探针，用于加热并探测被测样品的温度；参考探针，设置在所述热探针一侧，用于在所述热探针检测时探测环境温度；磁性底座，设置在所述热探针底板下，以磁力吸住所述热探针的底板，对所述热探针定位；隔离体，设置于所述磁性底座下方；定位器，采用压板结构，将所述热探针的引线压住，对所述热探针起辅助定位作用；输出连接体电路板，包括印刷线路板和连接器，所述印刷电路板与所述参考探针和所述热探针的输出端相连，所述连接器用于与外部检测桥路相连；测试支架，用于固定所述输出连接体电路板、磁性底座、隔离体和定位器。

比较好的是，所述热探针为热阻型，呈V型结构。

比较好的是，所述热探针在周期性信号激励下产生谐波效应，选取其3倍频的高次谐波信号反映所述被测样品的热导率。

比较好的是，所述热探针的工作频率为100Hz-1kHz，工作电流为10-100mA。

比较好的是，所述磁性底座由磁性材料构成，呈L型结构，其上端面与底面成一倾角。

比较好的是，所述隔离体由绝缘材料构成。

比较好的是，所述参考探针与热探针组成双探针结构，采用差动输入方式。

本发明提供的微纳米热传感组件，不仅利用了传感元件的热电效应，还利用了相关的电器特性，提升了检测信号的有效分量，增强了探测灵敏度，使热成像系统的分辨率优于60纳米。同时，采用双探针配置，减小了环境波动对测试的影响。此外，热传感组件的结构易与AFM仪器组合成热成像系统。上述的这项发明为微纳米热成像系统的实用化与普及化提供了重要的技术保证，将对纳米科技研究起到一定的推动作用。

附图说明

下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

图1为微纳米热检测传感组件结构示意图；

图2(a)为低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics，LTCC)的形貌像；图2(b)为扫描探针热学像；

图2(c)为低温共烧陶瓷另一区域的扫描探针热学像；

图2(d)为图(c)中标注区域的线扫描信号，反映扫描探针热学显微系统的成像分辨率；

图3(a)为铁磁记忆合金Ni₅₃Mn₂₄Ga₂₃的形貌像；

图3(b)为扫描探针热学像。

具体实施方式

图1给出了本发明的微纳米热检测传感组件的结构示意图。包括热探针2，磁性底座3，隔离体4，定位器5，参考探针6，输出连接体电路板7，测试支架8。被测样品示意为1。