[发明专利]一种用于扫描探针显微镜的探针夹持装置

说明书

本发明提供了一种用于扫描探针显微镜的探针夹持装置，包括电路主板、探针定位块，以及用于将探针固定在探针定位块上的夹具。该探针夹持装置不仅能够将探针固定在扫描器上，而且能够同时探测材料的热学信号和电学信号，实现原位同步实时的电‑热成像，实现原位同步动态地观察材料的温度与热导分布、导电畴结构及其动态演化过程。

技术领域

本发明涉及微/纳尺度下信号检测领域，尤其是涉及一种用于扫描探针显微镜的探针夹持装置。

背景技术

微/纳器件的发热与散热问题是目前制约电子器件稳定性和集成度的一个重要瓶颈。在微/纳尺度下研究材料的热学性质，理解发热和散热的物理过程已经引起人们关注，并逐步发展成为一个新的学科——微/纳尺度热科学。

在使役条件下，材料的发热与散热过程通常与材料的微观结构以及畴结构(包括磁畴结构、铁电/压电畴结构、导电畴结构等)密切相关。以阻变材料为例，在电场的作用下，由于离子输运或电化学反应过程导致形成导电区域或导电丝，由于导电畴或导电丝的局域焦耳热效应会导致电阻态的切换。所以理解导电畴/导电丝结构与热分布之间的关联，对控制导电丝的形成过程，提高阻变存储器件的电阻参数的一致和稳定性至关重要。可见，为了降低磁电器的功耗，提高稳定性和集成度，研究微区发热与导电过程与微观机制非常重要。所以如果能够在微区内原位同步实现地表征电学性质和热学性质，研究导电畴结构与微区温度以及热导之间的关联，对于理解微/纳尺度的器件的微区发热与散热的物理机制，降低器件发热、提高器件的散热能力和集成度具有重要的意义。

到目前为止，尽管人们已经发展了基于扫描探针显微镜的微区热成像技术，但是只能够单一地获得热学信息，尚不能原位同步实时获得其他物性信息，比如铁电/压电畴结构、导电畴结构等，无法进行电-热耦合成像，因而限制了对材料中发热与散热的物理机制的深入理解。

发明内容

本发明提出一种用于扫描探针显微镜的探针夹持装置，该探针夹持装置不仅能够将探针固定在扫描器上，而且能够同时探测材料的热学信号和电学信号，实现原位同步实时的电-热成像，实现原位同步动态地观察材料的温度与热导分布、导电畴结构及其动态演化过程。

探针通过所述的探针夹持装置固定在扫描器上，扫描器带动探针产生与样品之间的相对位移，

针对以上局限性，本发明提出一种新型电-热多参量耦合扫描探针显微镜探针的夹持装置的设计，用来夹持能够同时探测热学信号和电学信号的探针，实现原位同步实时的电-热成像，进而，在原位施加电场、温度场装置，可以模拟实际使役环境，实现在多重场的激励或作用下原位同步动态地观察材料的温度与热导分布、导电畴结构及其动态演化过程，可以原位直观地研究材料的热电之间的耦合规律和机制。

本发明的技术方案如下：

一种用于扫描探针显微镜的探针夹持装置，探针通过所述的探针夹持装置固定在扫描器上，扫描器带动探针产生与待测样品之间的相对位移，所述的探针具有导电性与导热性，用于探测电、热信号；

所述的探针夹持装置包括电路主板、探针定位块，以及用于将探针固定在探针定位块上的夹具；

所述的探针定位块位于电路主板上；电路主板与扫描器之间电连通，探针定位块与扫描器之间电连通；激励信号源一激励电信号，该电信号流入探针、样品，大地，形成电回路，经采集分析得到样品的电信号；

所述的夹具包括与探针相接触的夹片；激励信号源二的正负极通过夹片上的两条电引线与探针形成热学回路，即，激励信号源二激励电信号流经探针上下表面，探针与样品接触时进行热交换，使热学回路中的电信号发生变化，经采集分析得到样品的热信号。

作为一种实现方式，扫描器通过插针、插孔的插合方式与电路主板上的信号线缆实现电连接。