纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统技术方案

一种纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，包括电源、控制装置和测量装置，所述控制装置与所述测量装置连接，所述控制装置和所述测量装置分别与所述电源连接，所述测量装置包括具有SEM成像或EBL图形化功能的成像装置、真空腔、真空系统、样品台和磁场响应特性测试装置，所述真空系统与所述真空腔连接，所述成像装置、所述样品台及所述磁场响应特性测试装置均设置在所述真空腔内，所述成像装置及所述磁场响应特性测试装置对应于所述样品台设置。本发明专利技术可以快速高效地进行纳米材料和器件及其阵列样品的测试与研究，具有广泛的应用领域和市场需求。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种纳米材料及器件的检测装置，特别是一种基于电子束曝光系统/电子束图形发生系统的磁场施加，高频电磁信号产生、引入、传输和测量以及大范围下的纳米定位的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统。
技术介绍
随着纳米加工和检测技术的发展，纳米材料与器件已经广泛应用于包括诸如电子、磁学、化学、生物等多个领域。针对纳米材料和器件的研究，已经成为凝聚态物理以及现代信息技术和工业生产中的核心问题之一。1988年以来，自旋电子学的飞速发展正在逐步将信息科学带入一个包含纳米磁性材料的极高密度磁存储(T-bit/inch2)和纳秒级快速读写的时代，这意味着对纳米材料和器件的研究要进入一个包含纳米微观结构成像、纳米图形化以及GHz高频操作、有磁场或电场参与的综合测量与分析的完备过程。·电子束曝光(electron beam lithography,EBL)系统是目前集成纳米结构制备和观测的重要设备之一，包含扫描电子显微镜(SEM)成像功能和电子束图形发生器，即利用聚焦电子束直接在抗蚀剂层上写出纳米图形。根据电子束束斑小和能量高的特点，利用电子束曝光系统可以制得5-10纳米线宽的纳米结构，是制作纳米材料和器件的理想方法。目前，最小线宽小于5纳米的纳米结构制备的世界纪录，是由德国Raith公司的EBL系统得以实现并保持至今。尽管部分EBL系统引入了电信号测量功能的探针臂，但是，目前EBL系统还无法实现对纳米材料和器件的直接观测与原位电、磁信号操控及测量上的相互兼容。其瓶颈问题主要是因为=EBL系统中用于曝光和成像的电子，会在原位测量样品用的外加磁场或电场的作用下发生偏转，因而会严重干扰和影响电子束的聚焦与扫描。另外，由于探针结构未经过特殊设计，无法完成高频信号在电子束真空系统内的传输和测量，因而无法实现原位纳米器件的高频信号传输和测量。国内外现阶段，通常对于纳米材料和器件的高频磁、电输运特性测试的方法是，先用EBL曝光结合多步微纳米加工制备用于传输高频信号的特殊电极结构，并进行初步直流或者低频交流磁电特性测试，然后再放入专门的高频测试系统进行磁电高频响应信号的测量。由于纳米尺度下的图形化工艺难度大、制备周期长、加工和测量过程繁锁等，不仅增加了制造成本，也极大延长了纳米材料和器件的测试时间，成功率和成品率也受到显著的影响。除此之外，目前的电子束曝光系统虽然集成了具有纳米级定位功能的探针臂，但无法完成I英寸或以上大范围内的精确纳米定位，仅能在较小的(数个微米范围)内完成探针与样品的定位和连接。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够实现阵列式纳米材料和器件的图形化和形貌观测、以及原位条件下超宽频磁电输运特性的测试及分析的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，包括电源、控制装置和测量装置，所述控制装置与所述测量装置连接，所述控制装置和所述测量装置分别与所述电源连接，其中，所述测量装置包括具有SEM成像或EBL图形化功能的成像装置、真空腔、真空系统、样品台和磁场响应特性测试装置，所述真空系统与所述真空腔连接，所述成像装置、所述样品台及所述磁场响应特性测试装置均设置在所述真空腔内，所述成像装置及所述磁场响应特性测试装置对应于所述样品台设置。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述磁场响应特性测试装置包括支架及安装在所述支架上的磁场发生装置和磁场移动机构353，所述磁场发生装置包括线圈和导磁磁极，所述导磁磁极与所述磁场移动机构353连接。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述导磁磁极为软磁性材料锥形结构件，所述软磁性材料为NiFe合金、硅钢片或软磁铁氧体。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述线圈为亥姆霍兹线圈。 上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述磁场响应特性测试装置还包括磁场屏蔽机构，所述磁场屏蔽机构安装在所述支架上并对应于所述样品台设置。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述磁场屏蔽机构为磁场屏蔽罩或磁场屏蔽板。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，还包括电场响应特性测试装置，所述电场响应特性测试装置设置在所述真空腔内并设置在所述样品台上方。上所述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述电场响应特性测试装置包括垂直电场施加平板和/或水平电场施加平板以及平板移动机构，所述垂直电场施加平板和/或水平电场施加平板分别与所述平板移动机构连接。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，还包括光响应特性测试装置，所述光响应特性测试装置包括光源和光响应特性测试部件，所述光响应特性测试部件设置在所述真空腔内。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述光响应特性测试部件包括光纤、光纤探头和可移动支架，所述光纤分别与所述光源及所述光纤探头连接，所述光纤探头安装在所述可移动支架上，所述可移动支架对应于所述样品台设置在所述真空腔内。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，还包括宽频信号测试分析装置，所述宽频信号测试分析装置包括信号产生装置、信号传输装置和信号分析装置，所述信号产生装置及所述信号分析装置分别与所述信号传输装置连接，所述信号传输装置与所述真空腔连接并对应于所述样品台设置。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述信号传输装置包括高频探针臂和/或低频探针臂、探针臂移动机构和探针，所述高频探针臂和/或低频探针臂与所述探针臂移动机构连接，所述探针安装在所述高频探针臂和/或低频探针臂的前端。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述探针臂移动机构包括三维机械移动部件和三维压电移动部件。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述高频探针臂包括第一探针臂和第二探针臂，所述三维机械移动部件通过波纹管与所述第一探针臂连接，所述第一探针臂与所述第二探针臂之间通过所述三维压电移动部件连接。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述信号传输装置还包括探针定位机构，所述探针定位机构安装在所述高频探针臂和/或低频探针臂的前端，所述探针定位机构与所述控制装置连接。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述信号产生装置包括高频网络分析仪、电压源及电流源，所述高频探针臂和/或低频探针臂分别与所述高频网络分析仪、所述电压源及所述电流源连接。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述信号分析装置包括频谱分析仪，所述频谱分析仪分别与所述高频探针臂和/或低频探针臂及所述控制装置连接。上述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其中，所述真空腔内还设置有样品台移动机构，所述样品台安装在所述样品台移动机构上，所述样品台移动机构与所述控 制装置连接。本专利技术的有益功效在于本专利技术的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，基于包含SEM高分辨成像功能的EBL系统，在微纳米结构成像和图形化的基础上，将均匀磁场或电场有效地引导在样品台中心区域，并且将宽频电磁信号以具有纳米级定位功能的探针引入并施加在纳米结构或器件上，同时包含宽频电磁信号的引入、引出和测试分析。该系统能够实现阵列式纳米材料和器件的图形化和形貌观测、以及原位条件下超宽频磁电输运特性的测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，包括电源、控制装置和测量装置，所述控制装置与所述测量装置连接，所述控制装置和所述测量装置分别与所述电源连接，其特征在于，所述测量装置包括具有SEM成像或EBL图形化功能的成像装置、真空腔、真空系统、样品台和磁场响应特性测试装置，所述真空系统与所述真空腔连接，所述成像装置、所述样品台及所述磁场响应特性测试装置均设置在所述真空腔内，所述成像装置及所述磁场响应特性测试装置对应于所述样品台设置。

【技术特征摘要】
1.一种纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，包括电源、控制装置和测量装置，所述控制装置与所述测量装置连接，所述控制装置和所述测量装置分别与所述电源连接，其特征在于，所述测量装 置包括具有SEM成像或EBL图形化功能的成像装置、真空腔、真空系统、样品台和磁场响应特性测试装置，所述真空系统与所述真空腔连接，所述成像装置、所述样品台及所述磁场响应特性测试装置均设置在所述真空腔内，所述成像装置及所述磁场响应特性测试装置对应于所述样品台设置。2.如权利要求I所述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其特征在于，所述磁场响应特性测试装置包括支架及安装在所述支架上的磁场发生装置、磁场移动机构和磁场屏蔽机构，所述磁场发生装置包括线圈和导磁磁极，所述导磁磁极与所述磁场移动机构连接，所述磁场屏蔽机构安装在所述支架上并对应于所述样品台设置。3.如权利要求I或2所述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其特征在于，还包括电场响应特性测试装置，所述电场响应特性测试装置设置在所述真空腔内并设置在所述样品台上方。4.如权利要求3所述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其特征在于，所述电场响应特性测试装置包括垂直电场施加平板和/或水平电场施加平板以及平板移动机构，所述垂直电场施加平板和/或水平电场施加平板分别与所述平板移动机构连接。5.如权利要求1、2或4所述的纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统，其特征在于，还包括光响应特性测试装置，所述光响应特...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩秀峰，马勤礼，于国强，刘厚方，余天，周向前，艾金虎，孙晓玉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，北京汇德信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：