一种用于原位芯片观察的柔性热电材料透射电镜样品的制备方法技术

本发明专利技术涉及透射电镜原位加热和通电研究技术领域，公开了一种用于原位芯片观察的柔性热电材料透射电镜样品的制备方法，包括以下步骤：(1)原位芯片穿孔；(2)铸锭圆片裁剪；(3)修块；(4)切片前准备；(5)超薄切片；(6)切片样品转移。通过光学显微镜与长杆勾线笔相结合，薄片落在目标窗口的概率得到极大的提升。本发明专利技术减少机械抛光和树脂包埋处理，避免热、电损伤，显著提高转移成功率，缩短样品制备时间到两小时内，降低制备成本。放置于原位芯片上的无损薄片能够在透射电镜中施加热、电等多外场，进行结构演变的动态观察。行结构演变的动态观察。行结构演变的动态观察。

【技术实现步骤摘要】
一种用于原位芯片观察的柔性热电材料透射电镜样品的制备方法


[0001]本专利技术涉及透射电镜原位加热和通电研究
，具体为一种用于原位芯片观察的柔性热电材料透射电镜样品的制备方法。

技术介绍

[0002]热电技术能够直接实现热能和电能的相互转化，在许多领域中具有应用价值。柔性热电材料具有可变形的优点，可以作为可穿戴设备的重要电力来源。具有塑性的块体无机热电材料在2018年前尚未有报道，现在这类材料已经发展到接近十种的规模，包括了Ag2S、Ag2S1‑
x
Se
x
、Ag2(S,Te)、Ag2(S,Se,Te)、(Ag1‑
x
Cu
x
)2S
0.7
Se
0.3
、Ag2S
0.7
Se
0.295
I
0.005
、(Ag1‑
x
Cu
x
)2Se。上述柔性热电材料主要是银硫族化合物及其掺杂化合物，其大多数是具有类液态行为的快离子导体。普通离子导体到快离子导体的相变温度介于室温到200℃之间，这取决于柔性热电材料的种类。由于高温相中独特的类液态行为，柔性热电材料在热场或者电场下极易发生金属沉积。这类材料的结构和相变常用X射线衍射和差示扫描量热法等宏观表征技术，而微观表征技术受限于样品的制备问题。块体陶瓷透射电镜样品通常采用离子减薄和聚焦离子束切割方法制备。这两种基于离子束轰击的方法对于柔性热电材料来说具有如下缺点：(1)两者都必须经过前期的机械抛光处理，柔性材料表面会变得不平整，产生大量划痕以及高硬度的杂质颗粒嵌入表面；(2)离子束与柔性热电材料的相互作用会产生热、电损伤(非晶化和显著的温升)，导致制备样品的性质在一定程度上会偏离本征行为；(3)易变形的特点会导致透射样品的弯曲和折叠，即透射样品质量不高，可用薄区少；(4)离子减薄和聚焦离子束切割制备透射样品每次分别需要至少4小时和2小时，制备成本昂贵；(5)离子减薄不具备相应的定点转移工具，无法转移透射样品到原位芯片上，而聚焦离子束切割虽然配备了转移工具，但是转移成功率不高。
[0003]不同于上面两种制样技术，超薄切片仅要求材料硬度低即可进行，具有适用范围广、薄区大、无需机械抛光处理、无热和电损伤等优点而非常适合柔性热电材料透射电镜样品的制备。专利CN105571912B将软性材料(如尼龙、化纤)削成楔形小块，再用环氧树脂进行包埋处理，即可硬化软性材料、实现常温下超薄切片。然而，由于国内同时拥有超薄切片和原位透射电镜技术的机构非常少，这使得超薄切片定点转移技术的发展相较于聚焦离子束切割来说明显地落后。专利CN110702717A通过设计限位
‑
定位装置把超薄切片样品转移到原位加热芯片上。但上述转移技术存在三点问题：(1)当尖角、针管或者重物(这里指芯片上方放置的定位装置)作用于微区加热的氮化硅薄膜上，薄膜容易破裂，进而引发芯片失效；(2)虽然用铜网作为捞片圈的方式能够把携带薄片的水滴接触到定位了的加热区域上(约2mm
×
2mm)，但用吸水纸吸取其上部水分的方式会使薄片转移到吸水纸上，导致样品损失；(3)由于实际原位透射电镜中的观察区域(约0.1mm
×
0.1mm)仅为定位区域中央极小的一部分，薄片落到观察区域的能力仍具有极大的不确定性，以至于转移成功率无法得到保证。
[0004]因此，开发一种具有安全、低成本、高成功率、无热和电损伤等优点的用于原位芯
片观察的柔性热电材料透射电镜样品的制备方法，对于建立柔性热电材料在热场和电场等外场条件下结构演变与性能的关系具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术意在提供一种用于原位芯片观察的柔性热电材料透射电镜样品的制备方法。该方法基于超薄切片，具有安全、成功率高、便捷、制样时间短、成本低、可循环使用、无热和电损伤等优点，能够满足柔性热电材料在外场条件下相变研究的需求。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案包括以下步骤：
[0007]步骤一、将原位芯片穿孔；
[0008]步骤二、裁剪铸锭圆片：将铸锭裁剪，形成厚度为1mm的细条；
[0009]步骤三、修块：将细条转移至超薄切片机，使用超薄切片机上的玻璃刀进行修块，直至削出光滑的平面；削除平面上预设参考点的右侧部分，随后经过三轮旋转样品、对刀和自动切片操作得到柱体；
[0010]步骤四、切片前准备：将超薄切片机上的玻璃刀替换为钻石刀，对柱体进行对刀，并在水槽中注入过量去离子水；
[0011]步骤五、进行切片，得到切片样品。
[0012]优选地，所述步骤二中细条的尺寸范围为(12
‑
15)mm
×
(1
‑
2)mm
×
(1
‑
2)mm。
[0013]优选地，所述步骤三中，超薄切片机的参数包括总进给200μm、速度100nm/s和切片厚度1μm。
[0014]优选地，所述步骤四中，注入去离子水时，调节控制水管进出水以使液面呈现反射的亮面效果。
[0015]优选地，所述步骤五中，切片前，超薄切片机的倒计数、速度和切片厚度分别为999、10nm/s和100nm。
[0016]优选地，所述步骤五中，每次超薄切片获得合格的薄片数量为200
‑
300。
[0017]优选地，还包括步骤六、切片样品转移，将切片样品移动至观察区域。
[0018]采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益的技术效果：
[0019](1)安全：芯片加热区域在转移过程中除了直接接触长杆勾线笔的笔头外，细长草叶和塑料滴管属于间接接触范围。实际转移过程中没有显著外力作用于加热区域的氮化硅薄膜上，因此芯片的加热区域非常安全。
[0020](2)成功率高：切片样品转移步骤仅需执行1
‑
2次即可完成，克服常规转移方法(以滴定携带薄片的水滴加烘干)的成功率低和重复性差等缺点。
[0021](3)便捷：该方法相较于
技术介绍
中提到的三种常规制备技术来说减少了机械抛光和树脂包埋步骤，优化制备流程。制备的薄片对氮化硅薄膜具有优秀的吸附能力，避免额外的焊接工作来固定样品到目标窗口上。
[0022](4)制样时间短：仅用两小时即可成功制备用于原位芯片观察的透射样品。
[0023](5)成本低：转移过程需要的长杆勾线笔和塑料滴管成本只要几块，其他工具都是实验室必备的。
[0024](6)可循环使用：只要把观察区域上的薄片用聚焦离子束切割技术清除，就可重复制备同一样品。
[0025]需要说明的是，本方法制备可用于原位芯片观察的透射样品不局限于柔性热电材料，硬度较低的金属材料也符合该方法的使用范围内。
附图说明
[0026]图1为本申请提供的用于原位芯片观察的柔性热电材料透射电镜样品的制备方法的流程示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于原位芯片观察的柔性热电材料透射电镜样品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将原位芯片穿孔；步骤二、裁剪铸锭圆片：将铸锭裁剪，形成厚度为1mm的细条；步骤三、修块：将细条转移至超薄切片机，使用超薄切片机上的玻璃刀进行修块，直至削出光滑的平面；削除平面上预设参考点的右侧部分，随后经过三轮旋转样品、对刀和自动切片操作得到柱体；步骤四、切片前准备：将超薄切片机上的玻璃刀替换为钻石刀，对柱体进行对刀，并在水槽中注入过量去离子水；步骤五、进行切片，得到切片样品。2.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中细条的尺寸范围为(12
‑
15)mm
×
(1
‑
2)mm
×
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【专利技术属性】
技术研发人员：姜颖，李士景，顾辉，邢娟娟，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：