[发明专利]材料界面的原位加工测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料加工测试技术领域，尤其涉及材料界面的原位加工测试技术领域。

背景技术

随着纳米科学技术的发展和在能源、信息、环境和健康等领域的应用，相关的材料和器件性能将发生革新性的变化。而纳米材料和器件有两个区别于传统体材料的最重要特点，一是对结构和尺寸的高度敏感性，通过尺寸的量子限域效应和结构上的设计可产生各种新颖的物理和化学特性；二是由于极大的比表面积，表面和界面性质往往是材料性质的决定性因素，可通过恰当的表面修饰和改性来加以调控。因此要想对这类纳米材料进行深入的研究，最理想的方法之一是能够在一个实验系统平台之上，对所设计和预想的纳米结构进行快速加工，例如沉积电极、表面改性和修饰，加工出合适的纳米尺寸的器件原型；同时可原位检测其性质；在保持其表面清洁的环境下，对其纳米尺度的光、电、力等多场耦合与转换的性质和过程进行精确探测，从而实现理论和实验相结合的反复验证和循环，为新型纳米材料器件的研究提供支持。

而现有技术中，纳米尺度的加工和测试分析能力在单一指标方面已经取得巨大进展并获得广泛应用，例如电子束直写的加工能力、聚焦离子束的加工能力、电子显微镜的高分辨能力、扫描谱显微镜对各类信号的分辨能力、光谱的时间分辨与空间分辨能力等等。但是这些对纳米结构的加工、表征和检测手段都是分散在不同的系统中，在加工和表征之间的传递过程中，由于常见材料在大气中的污染和氧化等，其表面附近的结构、成分和物理化学性质通常会发生改变，可能极大地影响最终的器件结构性能；或者不能反映被解剖开的器件结构在工作状态下的真实性质。如果将聚焦离子束的局域刻蚀、局域诱导沉积金属和绝缘材料一级定点离子注入等纳米加工能力，和扫描电镜、扫描探针显微镜的形貌检测、近场光学检测以及纳米尺度电学、纳米力学检测能力都集中在一个系统中，无疑可以克服这一问题，同时为研究者提供了很好地验证其理论设计的实验平台。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供材料界面的原位加工测试装置。

为了解决上述问题，本发明提供了一种材料界面的原位加工测试装置，包括一第一真空腔室、一第二真空腔室、一真空管、一光路耦合装置和一传递装置；

所述第一真空腔室与第二真空腔室通过真空管相连，所述真空管包括一真空阀门，用于控制第一真空腔室与第二真空腔室的连通和隔绝；

所述光路耦合装置和第二真空腔室连接；

所述第一真空腔室包括一双束装置和一第一多探针扫描探针显微镜，所述双束装置包括一聚焦离子束发生装置和一电子束发生装置，聚焦离子束发生装置用于产生聚焦离子束，电子束发生装置用于产生电子束，所述第一多探针扫描显微镜包括一第一样品台；

所述第二真空腔室包括一第二多探针扫描探针显微镜、一导热介质、一制冷系统，所述第二多探针扫描探针显微镜包括一第二样品台，所述制冷系统通过导热介质与第二样品台相连；

所述传递装置用于在第一真空腔室和第二真空腔室连通时传递样品和探针。

所述第一真空腔室和第二真空腔室在一套真空泵组的作用下，维持各自真空状态，所述第二真空腔室的真空度高于第一真空腔室。

所述第一真空腔的真空状态为高真空状态，所述高真空状态的范围为1.33×10^-1~1×10^-6帕斯卡；所述第二真空腔的真空状态为超高真空状态，所述超高真空状态的范围为10^-6~10^-10帕斯卡。

所述电子束位于竖直方向，聚焦离子束与电子束有一夹角；所述聚焦离子束和电子束聚集于同一点。

所述第一真空腔室还包括多个针尖台，针尖台与第一多探针扫描探针显微镜的探针一一对应；所述多个针尖台和探针位于电子束和聚焦离子束所确定的平面的同侧；所述平面的另一侧空间放置一二次电子探测器；所述多个针尖台和第一样品台均与第一多探针扫描探针显微镜的控制器相连，并可以分别独立驱动。

所述第二真空腔室还包括多个针尖台，针尖台与第二多探针扫描探针显微镜的探针一一对应；所述第二样品台和多个针尖台均与第二多探针扫描探针显微镜的控制器相连，并可以分别独立驱动。

进一步包括位于非真空环境的一光源、一光谱探测装置和一时间分辨光谱系统；所述第二样品台通过光路耦合装置与光源、光谱测试装置与时间分辨光谱系统耦合。

所述探针的数量为1个至4个。

所述第一多探针扫描探针显微镜和第二多探针扫描探针显微镜各自独立的选自于原子力显微镜、激光力显微镜和磁力显微镜中的任意一种。