基于扫描探针显微镜的微/纳米热电原位探测装置及探测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于扫描探针显微镜的微/纳米热电原位探测装置。该装置系统采用具有导电、导热性的探针，能够提供样品的表面形貌探测、电信号探测以及热信号探测模式，通过控制探针的位移或振动轨迹，能够原位、同步、实时地探测样品的电、热性能。因此，该装置克服了现有扫描探针显微镜仅具有电或热信号的单一探测功能的局限性；同时，能够原位、同步、实时地探测材料的温度与热导分布、电性能及其动态演化过程，从而直观地研究材料的磁-热之间的耦合规律与机制，有助于降低微/纳器件的功耗，提高其稳定性和集成度，大大推进微/纳尺度热科学的发展。

【技术实现步骤摘要】

本申请属于信号探测
，尤其涉及一种基于扫描探针显微镜的微/纳米热电原位探测装置及探测方法，可原位、同步、实时探测微区导电性能和热学性能。
技术介绍
1981年Binning等人专利技术了扫描隧道显微镜(STM)，并由此获得了诺贝尔物理学奖。STM基于量子力学中的隧道效应理论，当金属探针与导电性良好的样品表面靠近时，在偏压作用下金属探针和样品之间会产生隧穿电流，该电流大小可以精确地反应探针和样品之间的距离，因此STM可以对原子尺度的样品进行成像，其横向分辨率可达0.1nm。但是，利用STM对样品特性进行表征时要求样品表面具有一定的导电性，因此限制了其应用领域。Bing等人随后研发出扫描探针显微镜(SPM)技术，该技术通过检测样品和SPM探针针尖之间的相互作用而在微纳尺度下研究样品的相应性质，因此促进了微纳米材料的性能表征。利用SPM对样品特性进行表征时，根据探针的性质以及探针与样品之间的相互作用而得到样品不同特性的表征。例如，表征样品导电性能时，需要探针表面镀有金属导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于扫描探针显微镜的微/纳米热电原位探测装置，其特征是：包括如下：(1)扫描探针显微镜平台、探针、探针控制单元探针控制单元：用于驱动或者控制探针进行位移和/或振动；探针：具有导电性与导热性；所述的探针包括探针臂与针尖；(2)形貌检测平台包括位移或振动信号采集单元，用于接收探针的位移信号或振动信号；探针自初始位置对样品表面进行横向定向扫描，扫描过程中控制探针针尖与样品表面点接触或振动点接触，位移或振动信号采集单元接收探针针尖的纵向位移信号或振动信号，经采集分析得到样品的形貌信号；(3)热信号检测平台包括热学回路与热信号采集单元；所述的热学回路由电信号施加单元激励电信号，该电信号流入探针并对探...

【技术特征摘要】
1.一种基于扫描探针显微镜的微/纳米热电原位探测装置，其特征是：包括
如下：
(1)扫描探针显微镜平台、探针、探针控制单元
探针控制单元：用于驱动或者控制探针进行位移和/或振动；
探针：具有导电性与导热性；
所述的探针包括探针臂与针尖；
(2)形貌检测平台
包括位移或振动信号采集单元，用于接收探针的位移信号或振动信号；
探针自初始位置对样品表面进行横向定向扫描，扫描过程中控制探针针尖与
样品表面点接触或振动点接触，位移或振动信号采集单元接收探针针尖的纵向位
移信号或振动信号，经采集分析得到样品的形貌信号；
(3)热信号检测平台
包括热学回路与热信号采集单元；
所述的热学回路由电信号施加单元激励电信号，该电信号流入探针并对探针
进行加热，探针与样品进行热交换，使热学回路中的电压信号发生改变，经采集
电压信号的变化得到样品的热信号；
(4)电信号检测平台
包括电学回路与电信号采集单元；
所述的电学回路由电信号施加单元激励电信号，该电信号依次流入探针、样
品，经电信号采集单元得到样品的电信号；
(5)中心控制单元
用于初始化系统各单元，控制系统各单元，接收样品的形貌、热、电信号、
分析后得到样品的形貌、热、电信号图像。
2.如权利要求1所述的基于扫描探针显微镜的微/纳米热电原位探测装置，
其特征是：所述的探针控制单元是与探针臂相连接的压电驱动器；
所述的位移信号采集单元包括光源、光电四象限检测器以及信号处理器；
工作状态时，样品置于扫描探针显微镜平台，探针在压电驱动器作用下进行
位移或振动，光源照射探针臂，反射信号通过光电四象限检测器收集，然后经过
信号处理器处理后与中心控制单元相连接。
3.如权利要求2所述的基于扫描探针显微镜的微/纳米热电原位探测装置，
其特征是：所述的信号处理器包括前端放大器、积分器、高压放大器、延时器、
锁相放大器与后端放大器；光电四象限检测器通过前端放大器与积分器相连接，
积分器与高压放大器相连接，高压放大器的一路信号反馈至压电驱动器，构成闭
环控制，另一路信号与延时器相连接，延时器与锁相放大器的一倍频通道和三倍
频通道通道相连接，锁相放大器与后端放大器相连接，后端放大器与控制中心相
连接。
4.如权利要求1所述的基于扫描探针显微镜的微/纳米热电原位探测装置，

\t其特征是：所述的热信号采集单元包括延时器、锁相放大器与后端放大器。
5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的基于扫描探针显微镜的微/纳米
热电原位探测装置，其特征是：所述的探针包括探针臂与针尖，针尖由针尖本体
与覆盖层组成，覆盖层由位于针尖本体表面的薄膜一、薄膜一表面的薄膜二、薄
膜二表面的薄膜三组成；薄膜一具有导电性、薄膜二具有电绝缘性、薄膜三具有
导电性，薄膜一与薄膜三的材料不同；并且，薄膜一、薄膜二和薄膜三构成热电
偶结构。
6.如权利要求5所述的基于扫描探针显微镜的微/纳米热电原位探测装置，
其特征是：所述的薄膜一、薄膜二以及薄膜三构成的热电偶结构采用如下制备方
法得到：
步骤1、采用镀膜的方法在针尖本体表面制备薄膜一；
步骤2、采用镀膜的方法在薄膜一表面制备薄膜二；
步骤3、采用刻蚀的方法除去针尖本体尖端处的薄膜二，露出薄膜一；
步骤4、采用镀膜的方法在步骤3所述露出的薄膜一表面制备薄膜三，使薄
膜一与薄膜三在针尖尖端部位连接，形成热电偶结构；
或者，所述的薄膜一、薄膜二以及薄膜三构成的热电偶结构采用如下制备方
法得到：
步骤1、采用镀膜的方法，依次在针尖本体表面制备薄膜一、薄膜二与薄膜
三；
步骤2、在薄膜三与电极层之间施加电压，利用尖端放电原理，通过调节薄
膜三与电极层之间距离，使针尖尖端部的薄膜三熔融，露出薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：李润伟，朱小健，刘宜伟，陈斌，王保敏，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33