[发明专利]用于聚焦离子束制样工艺的透射电镜原位电学测试芯片

说明书

本发明属于电子显微镜测试技术领域，具体为一种适用于聚焦离子束制样工艺的透射电镜原位电学测试芯片。本发明的电镜原位电学测试芯片，包括硅基片和硅基片两面的绝缘层以及硅基片正面绝缘层上的金属电路；金属电路用于对样品施加或测量各种电信号；芯片外形为直径2.5–3.0 mm的圆割去一弓形区域后的大半圆形，使得芯片能够放置于样品杆的样品孔内；芯片的平直边缘中部开有用于放置样品的倒梯形缺口。本发明的原位测试芯片能够用于传统的3mm直径样品孔，可用于多种条件下的原位透射电镜观测；同时放置样品的位置在芯片边缘，便于使用聚焦离子束工艺制备样品。

技术领域

本发明属于电子显微镜测试技术领域，具体涉及一种适用于聚焦离子束制样工艺的透射电镜原位电学测试芯片。

背景技术

透射电子显微镜作为一种强大的材料表征分析设备，能够对材料的形貌、结构、成分和电磁性质进行研究。自20世纪初发明以来，透射电子显微镜已经在自然科学的各个领域得到广泛应用。近年来，随着微电子机械系统（Micro-electromechanical Systems,MEMS）芯片的使用，带动了透射电镜原位测试技术的发展。通过原位测试芯片及其配套的样品杆和控制系统，可以实现样品在电、热、力、光等环境下的原位观测，使人们对材料的各种特性有了更深入的认识。

聚焦离子束技术是通过将精细的高能离子束轰击样品表面，使样品本身的原子被溅射而发生刻蚀，同时产生的二次电子用于生成图像，实现对样品的精确定位与加工，在近年来开始被大量用于透射电镜样品的制备。其制备的样品相比传统制样方式具有定位准、厚度均匀、可观测面积大等优点。

目前商用的原位电学测试芯片大多是矩形外形且需要专用的样品杆，不兼容通用的直径3毫米圆形样品孔的样品杆，提高了原位电学测试的成本。而且目前市场上支持低温、高频等严苛条件的原位样品杆只有传统的3毫米圆形样品孔，这一限制使得相关测试将无法完成。此外，由于聚焦离子束制样工艺中需要将样品固定在支撑结构的边缘进行最终的减薄，而商用芯片上放置样品的开窗位置在芯片中央，难以利用聚焦离子束技术制备高质量样品。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种适用于聚焦离子束制样工艺的透射电镜原位测试芯片，可用于普通的具有3毫米圆形样品孔的原位样品杆。

本发明提供的适用于聚焦离子束制样工艺的透射电镜原位电学测试芯片，其结构参见图1、图2或图5所示，包括硅基片、硅基片两面的绝缘层以及硅基片正面绝缘层上的金属电路；金属电路用于对样品施加或测量各种电信号；所述芯片外形为直径2.5–3.0mm的圆割去一弓形区域后的大半圆形，如图5所示，使得芯片能够放置于3mm样品孔内；芯片的上底边缘（即大半圆形的水平边）中部具有用于放置样品的倒梯形缺口缺口的底边距离圆心0–1000μm，缺口底边长度20–250μm，缺口斜边与底边延长线夹角20°–90°，缺口深度20–500μm。

更进一步地，所述芯片外形为直径2.5–3.0mm的圆割去一弓形区域后的大半圆形，再从其正下方（水平方向）和左右两侧（垂直方向）分别割去一弓形区域，形成一多边形，该多边形左右对称，如图1所示，使得芯片能够放置于样品杆的样品孔内。

更进一步地，所述的硅基片正面绝缘层上具有金属电路，所述的金属电路厚度20–200nm，位于中心直径2.5mm的圆之内。

更进一步地，所述的硅基片厚度为50–200μm，若厚度太薄，使用中容易碎裂，而太厚则无法固定于样品杆上的样品孔。

更进一步地，所述的绝缘层包括二氧化硅或二氧化硅层上生长一层氮化硅，绝缘层总厚度0.1–3μm。

采用本发明的原位测试芯片，可在样品固定到观察窗口之后用聚焦离子束减薄，也可用离子减薄仪进行减薄和清洗，实现对金属、半导体异质结、超晶格材料、微电池等多种样品进行透射电镜的原位观察和测试。

本发明与已有的技术相比，具有如下效果：