[发明专利]一种原位测量纳米器件的透射电镜样品台

说明书

 

技术领域

本发明属于纳米器件性能原位测量领域，尤其涉及原位测量石墨烯场效应管的电学性能及原子结构的多电极透射电镜样品台，具体为利用纳米尺度微结构加工工艺，在狭小的透射电镜样品上制备多电极器件搭建区以及纳米材料取样区。

背景技术

在纳米电子器件领域，石墨烯二维材料被认为是硅的接班人。石墨烯是由碳原子组成的单原子层平面薄膜，具有高导电性、高强度、超轻薄等特性。研究基于石墨烯的场效应晶体管在外加电场状态下的电学响应和物理形貌变化，采集其电学特性数据，是当前设计和开发石墨烯纳米场效应晶体管的基本目标。

透射电子显微镜是表征纳米材料微观结构的一种重要工具，通过透射电子显微镜能够观测到纳米材料样品的高分辨图像。特别是利用专门设计的样品台将外场引入到纳米材料样品的特定部位，对纳米材料进行三维空间的操纵和电学性能测量，对于了解纳米材料纳观结构和对外场的响应行为，设计和构建新型纳米器件具有非常重要的意义。

对于一般的场效应晶体管结构，至少需要三端电极：源、漏、和栅极。现有技术无法满足多电极纳米器件的测量。透射电子显微镜由于能够在原子尺度的分辨率下观察样品，是研究纳米材料结构和性能的有力工具，而透射电镜中物镜极靴之间放置样品的空间非常狭小，特别对于具有亚纳米尺度分辨率的商用球差透射电镜，通常只有2、3毫米左右，在容纳下样品杆之外，很难安装多电极，更难测量电信号，因此需要将电信号导出到电镜外部进行测量。此种条件下，如何进行原位石墨烯晶体管的构建已经很困难。如何在有限空间内引入多个电极，实时进行电学测量，原位揭示待测单元的电学性能和纳米结构变化是当前石墨烯场效应晶体管研究的难题。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种原位测量纳米器件的透射电镜样品台，能够在原子尺度的分辨率下观察样品并实时进行电学测量，原位揭示待测单元的电学性能和纳米结构变化。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种原位测量纳米器件的透射电镜样品台，包括金属纳米探针、绝缘堵片和样品支撑台，所述绝缘堵片的正反表面分别设有多个金属电极，且对应的金属电极之间通过金属化通孔实现导电连接；所述样品支撑台一端与绝缘堵片连接，另一端设有取样区和测试区，所述测试区为设在样品支撑台表面并悬空的金属电极，样品支撑台的金属电极与绝缘堵片的金属电极为导电连接；所述金属纳米探针、测试区金属电极和被测样品构成三端场效应晶体管。

作为优选，所述样品支撑台测试区的金属电极为4个，对应的绝缘堵片正反面也分别设有4个金属电极。

进一步改进，所述样品支撑台表面设有4个电极引脚并分别与测试区金属电极连接；同时所述绝缘堵片设有插槽，样品支撑台一端设在该插槽内。

进一步的，所述样品支撑台材质选用硅或氮化硅。

进一步的，所述绝缘堵片的材质采用蓝宝石或氮化铝。

进一步的，所述样品支撑台上的金属电极为通过磁控溅射方法沉积得到的金、镍、铂金属薄膜。

作为优选，所述金属电极的材质采用钛金合金。

进一步的，所述取样区为栅格状。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：可以直接在透射电镜样品上原位构建多电极纳米器件，在原子分辨率尺度下研究纳米器件，并且进行电学性测量；实现了在透射电镜中原位对纳米尺度的待测单元进行电学测量以及观测，提供了一种新的基于纳米线或者薄膜的纳米器件的原位测量方法，具有性能可靠，安装方便的特点，拓展了透射电镜的功能；可以同时制备多个待测单元，每个电极上都可以配置待测样品，所以可以实现同一批样品的多次电特性测量，且每次测量之间互不影响。

附图说明

图1为本发明所述透射电镜样品台的结构示意图；

图2为本发明所述绝缘堵片的结构示意图；

图3为本发明所述样品支撑台正面的结构示意图；

图4为本发明所述样品支撑台反面的结构示意图。

其中，绝缘堵片1、样品支撑台2、金属纳米探针3、金属电极4、金属化通孔5、取样区6、测试区7、电极引脚8、插槽9、被测样品10。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。