一种具有高衰减系数的机械可控裂结装置制造方法及图纸

一种具有高衰减系数的机械可控裂结装置，涉及机械可控裂结装置。设有骨架底座、步进电机、微芯片和探针装置；所述骨架底座为不锈钢圆柱底座，所述步进电机上开孔，将微芯片、探针装置和步进电机组装固定在开孔上，用于单分子测试；所述步进电机与骨架底座连接；所述微芯片设有聚酰亚胺层和金电极；所述探针装置将微芯片中微小电极引出成平面外界电极，探针装置设有支撑结构和接触结构，所述支撑结构可采用铝合金材料的桥型结构，在支撑结构中心钻有直径1cm的孔洞，用于微芯片的架设；所述接触结构以支撑结构中心孔洞作为分界，两边对称组装上聚酯包膜柔性覆铜板、聚四氟乙烯板、环氧玻纤布基板、银针。

With a high attenuation coefficient of mechanically controllable break junction device

A mechanical controllable cracking device with high attenuation coefficient relates to a mechanical controllable cracking device. With a frame base, step motor, micro chip and probe device; the frame base is a cylindrical stainless steel base, the stepping motor on the hole, micro chip, probe device and stepping motor assembly is fixed in the hole, for single molecule testing; the stepping motor is connected with the base frame the micro chip is arranged; the polyimide layer and gold electrode; the probe device will lead to tiny microchip electrode into plane external electrode probe device is provided with a support structure and contact structure, the supporting structure can be used to bridge structure Aluminum Alloy material, in the center support structure is drilled with a hole diameter of 1cm, for the erection of micro chip; the contact structure to support the structure of center hole as the boundary, symmetrical assembly polyester coated flexible copper clad laminate, PTFE plate, epoxy glass cloth substrate, silver needle.

【技术实现步骤摘要】
一种具有高衰减系数的机械可控裂结装置
本专利技术涉及机械可控裂结装置，尤其是涉及一种具有高衰减系数的机械可控裂结装置。
技术介绍
1985年，Moreland和Ekin在研究超导材料的隧穿效应([1]Zheng,J.-T.；Yan,R.-W.；Tian,J.-H.；Liu,J.-Y.；Pei,L.-Q.；Wu,D.-Y.；Dai,K.；Yang,Y.；Jin,S.；Hong,W.；Tian,Z.-Q.Electrochim.Acta2016,200,268)时，第一次提出了机械可控裂结法(MechanicallyControllableBreakJunction,MCBJ)。经由上世纪90年代荷兰莱顿大学vanRuitenbeek教授等人的发展和完善，机械可控裂结法已成为构筑纳米间隔、金属原子点接触结构、单分子结的最主流方法之一。采用MCBJ进行实验成功的关键是制得具有高衰减系数的微芯片，并将该微芯片与外界实现相连。在进行MCBJ的实验中，具有电极对结构的微芯片被固定在一个弹性基底上，基底又被安装在一个三点受力的装置上。基底下方的顶杆向上运动，引起基底弯曲、导致电极对结构被往两侧拉伸，进而形成纳米间隔。其中，衰减系数r被定义为顶杆运动距离与其引起的电极对往两侧拉伸距离的比值。以衰减系数等于10-4为例，此时若顶杆在垂直方向上发生1μm的行程，电极对之间的距离将仅改变0.1nm。可见，高衰减系数的存在，将可以极为精确地调控电极对之间的距离。如何构建具有高衰减系数的机械可控裂结装置([2]Vrouwe,S.A.G.；vanderGiessen,E.；vanderMolen,S.J.；Dulic,D.；Trouwborst,M.L.；vanWees,B.J.Mechanicsoflithographicallydefinedbreakjunctions[J].PhysicalReviewB2005,71,035313)，是分子电子学学科中的重要问题和难点问题。衰减系数([3]Yang,Y.；Liu,J.；Feng,S.；Wen,H.；Tian,J.；Zheng,J.；B.；Amatore,C.；Chen,Z.；Tian,Z.NanoRes.2016,9,560)r与微芯片的结构，尤其是微芯片中电极对的悬空距离u直接相关。当前，国际上普遍采用MCBJ的装置实现分子电导测量可以分为两类。其一是切口金丝法，实验过程中，研究者将一根直径约为0.1mm的金属丝通过手术刀环切，得到剩余部分直径约为原金属丝直径三分一的切口。然后将该带有切口的金属丝两端用环氧树脂固定在一个弹性基底上，作为微芯片。然而，该方法得到的微芯片，其u值往往落于mm数量级，为此衰减系数一般仅能达到10-2数量级。第二种实现方法是微纳加工法，实验过程中，研究者通过利用光学掩膜版、或者控制电子束轨迹，可以将u值减小到μm乃至nm数量级。为此，该类方法所制得的微芯片，其衰减系数可以达到10-4数量级以下，从而大大提高了纳米间隔的控制精度以及装置本身的稳定性。但是，采用微纳加工法面临着一个难点问题。为实现微芯片中电极对部分的悬空，实验过程中需要引入绝缘层和牺牲层结构。传统做法是采用二氧化硅、氮化硅等无机材料作为绝缘层，随着无机材料致密性的增加，绝缘能力增强，绝缘层的刚性增强。二氧化硅的莫氏硬度在6～7，通过化学气相沉积生长二氧化硅作为绝缘层容易产生裂痕，导致芯片短路。据国际上新近的文献报道，聚酰亚胺(PI)有望同时充当绝缘层和牺牲层结构。PI是一种高分子材料，具有耐高温、高断裂韧性、耐腐蚀、化学稳定性好、易于释放去除等优点，它的弯曲强度在200℃下可达24MPa，250℃下弯曲强度和压缩强度仍有12～13MPa，特别适用于柔性基底或是各种耐高温电机电器的绝缘材料。微芯片制作采用直接旋涂的方式可以得到与基底完美结合的PI层，通过调整旋涂参数即可改变它的厚度。然而，由于旋涂的PI层质软，致使其上方生长的电极对在使用常规的铝丝压焊机进行引线实现与外部测量电路相连时，容易发生引线磨损或是贯穿整个绝缘层，造成芯片损坏而无法进行下一步实验。同时，通过微纳加工法获得的微芯片，需要在洁净室中通过繁琐的工艺制备，微芯片的制备周期长、成本昂贵。基于上述原因，在进行MCBJ的实验过程中，发展一套简便、经济的可以在室温下构筑纳米间隔、金属原子点接触结构、单分子结的新型装置很有必要，它可以提高微芯片的衰减系数和利用率。
技术实现思路
本专利技术针对采用机械可控裂结法进行实验时，实验装置难以同时具备高衰减系数和长使用寿命的问题，提供一种具有高衰减系数的机械可控裂结装置。本专利技术设有骨架底座、步进电机、微芯片和探针装置；所述骨架底座为不锈钢圆柱底座，所述步进电机上开孔，将微芯片、探针装置和步进电机组装固定在开孔上，用于单分子测试；所述步进电机与骨架底座连接；所述微芯片设有聚酰亚胺层和金电极；所述探针装置将微芯片中微小电极引出成平面外界电极，探针装置设有支撑结构和接触结构，所述支撑结构可采用铝合金材料的的桥型结构，在支撑结构中心钻有直径1cm的孔洞，用于微芯片的架设；所述接触结构以支撑结构中心孔洞作为分界，两边对称组装上聚酯包膜柔性覆铜板、聚四氟乙烯板(PTFE)、环氧玻纤布基板、银针等。所述探针装置以环氧玻纤布基板、微芯片、桥型结构、聚酯包膜柔性覆铜板之间的组装，构成底层支架；将微芯片的两端用环氧玻纤布基板固定在桥型结构的中心部分；再在桥型结构上覆盖一层长约4.8cm的聚酯包膜柔性覆铜板，将边缘一端用螺丝固定在支撑结构上，形成一个半固定半活动的结构。所述接触机构可由PTFE和银针组装，构成连接电极的接触结构。所述PTFE为两块2cm×2cm的PTFE，银针可为3根，在两块PTFE的接缝处预留银针固定的三个孔洞。两侧螺丝用于调整两边银针的角度，从而调控3根银针两两之间针尖的距离。在底层支架中聚酯包膜柔性覆铜板的未固定一端放上接触结构，调节位置，使银针和芯片的引出电极部分相互竖直；中间放上一块长约1cm的聚酯包膜柔性覆铜板，同时制出螺孔，利用杠杆原理，下压中间部分使得未固定一端翘起。因此，可以通过调节中间部分的螺丝来控制针尖和芯片的距离。所述探针装置可采用铝合金材料、环氧玻纤布基板材料、银针、聚酯包膜柔性覆铜板、聚四氟乙烯板(PTFE)等。当步进电机进行MCBJ的实验时，随着步进电机中推杆的升降，微芯片中心的悬空部分受到一个周期性循环的应力，致使金电极对产生周期性开合并产生纳米间隔距离。所述微芯片采用微纳加工技术，首先需要对基底进行清洗，之后通过旋涂光刻胶、曝光显影、镀膜等步骤，通过光学光刻法制备出具有微米间隔的金属电极对。本专利技术以探针结构为核心，实现采用平面电极方案替代传统的铝丝压焊方案，解决了聚酰亚胺作为牺牲层结构时微芯片难以与外界测量回路长时间稳定相连的问题。本专利技术的优点：由于利用Comsol软件对圆柱体、棱台、正方体等常见集合结构进行模拟测试，最终采用了圆柱体骨架底座以减少外部振动对微芯片中心纳米间隔的影响。又结合PCB板中常见的材质和MCBJ中骨架设计方案的改进，设计组装了一种更加方便高效地将微芯片的电极引出为平面外接电极的平台，然后将整个外接电极引入MCBJ的装置，从而对单分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高衰减系数的机械可控裂结装置，其特征在于设有骨架底座、步进电机、微芯片和探针装置；所述骨架底座为不锈钢圆柱底座，所述步进电机上开孔，将微芯片、探针装置和步进电机组装固定在开孔上，用于单分子测试；所述步进电机与骨架底座连接；所述微芯片设有聚酰亚胺层和金电极；所述探针装置将微芯片中微小电极引出成平面外界电极，探针装置设有支撑结构和接触结构，所述支撑结构采用铝合金材料的的桥型结构，在支撑结构中心钻有孔洞，用于微芯片的架设；所述接触结构以支撑结构中心孔洞作为分界，两边对称组装上聚酯包膜柔性覆铜板、聚四氟乙烯板、环氧玻纤布基板、银针。

【技术特征摘要】
1.一种具有高衰减系数的机械可控裂结装置，其特征在于设有骨架底座、步进电机、微芯片和探针装置；所述骨架底座为不锈钢圆柱底座，所述步进电机上开孔，将微芯片、探针装置和步进电机组装固定在开孔上，用于单分子测试；所述步进电机与骨架底座连接；所述微芯片设有聚酰亚胺层和金电极；所述探针装置将微芯片中微小电极引出成平面外界电极，探针装置设有支撑结构和接触结构，所述支撑结构采用铝合金材料的的桥型结构，在支撑结构中心钻有孔洞，用于微芯片的架设；所述接触结构以支撑结构中心孔洞作为分界，两边对称组装上聚酯包膜柔性覆铜板、聚四氟乙烯板、环氧玻纤布基板、银针。2.如权利要求1所述一种具有高衰减系数的机械可控裂结装置，其特征在于所述探针装置以环氧玻纤布基板、微芯片、桥型结构、聚酯包膜柔性覆铜板之间的组装，构成底层支架；将微芯片的两端用环氧玻纤布基板固定在桥型结构的中心部分；再在桥型结构上覆盖一层聚酯包膜柔性覆铜板，将边缘一端固定在支撑结构上，形成一个半固定半活动的结构。3.如权利要求1所述一种具有高衰减系数的机械可控裂结装置，其特征在于所述接触机构由PTFE和银针...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨扬，魏珺颖，罗仲梓，郭维，郑珏婷，皮九婵，张蕊，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35