一种用于透射电子显微镜的样品杆的mems芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及透射电子显微镜的芯片，特别是涉及一种用于透射电子显微镜的样品杆的MEMS芯片。
【背景技术】
[0002]随着球差校正器的出现，电子显微学进入了亚埃时代，0.7埃甚至更高的空间分辨率使得透射电镜拥有足够的能力去分辨绝大多数原子，可在原子尺度上完成对材料结构和电子结构的综合表征。然而要研究材料结构与性能的关联并找到其背后的物理规律进而指导新材料的设计，仅研究材料的静态结构是远远不够的，我们需要知道材料在外场刺激(力、热、光、电和磁等)下的动态响应是怎样的。而材料结构与性能研究的关键在于原位技术，在透射电镜中实现外场刺激的同时对材料结构演化的观察，即原位透射电子显微学研究。
[0003]原位透射电子显微学在近年来成为透射电子显微学的主要研究方向之一，并在最近几年涌现出一批原位透射电子显微学的研究成果，大大推动了人们对材料结构与性能关联的认识。这其中很重要的一个因素是透射电子显微镜原位样品杆的开发，使很多原位实验可在透射电子显微镜中实现。目前，在透射电子显微镜样品杆上加热或加电场是原位电镜技术研究的一个重要内容。但是，现有技术中的透射电子显微镜样品杆的制备过程比较复杂，对操作人员的要求较高，并且由于透射电子显微镜样品台的稳定性不高，造成了其成功率较低。此外，现有技术中的透射电子显微镜样品杆不能同时实现对样品的加热和加电场功能，这大大地限制了透射电子显微镜的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的在于提供一种用于透射电子显微镜的样品杆的MEMS芯片，其满足在工作中向待检测样品施加所需要的电场，从而来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷。
[0005]为实现上述目的，本发明提供一种用于透射电子显微镜的样品杆的MEMS芯片，用于承载待由所述透射电子显微镜检测的样品，包括:
[0006]电介质层；
[0007]薄膜状的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极形成在所述电介质层的上表面上并且相互间隔开；其中，所述第一电极具有沿第一方向延伸的第一主体部和从所述第一主体部的一侧沿横向于所述第一方向的第二方向伸出的多个第一指状部；每一第一指状部的末端部和/或侧部邻近于所述第二电极，从而在所述第一电极和所述第二电极之间的相互邻近处限定了电场施加区域；和
[0008]在所述电场施加区域内形成的通孔，所述通孔在垂直于所述电介质层的所述上表面的方向上穿透所述电介质层；
[0009]其中，在工作时，所述样品被承载在所述通孔处并通过向所述第一电极和所述第二电极施加电压而向所述样品施加所需要的电场。
[0010]可选地，所述第二电极具有基本上沿所述第一方向延伸的第二主体部。
[0011]可选地，所述第一电极的每一第一指状部在其末端部处邻近所述第二电极的所述第二主体部；
[0012]其中，所述电场施加区域包括多个第一电场施加区域，每一第一电场施加区域限定在一个第一指状部的末端部与所述第二电极的与所述第一指状部相邻的位置之间；
[0013]可选地，所述多个第一电场施加区域中至少两个第一电场施加区域在所述第二方向上的尺寸是不同的；
[0014]可选地，所述多个第一电场施加区域中至少两个第一电场施加区域内的所述通孔具有不同的尺寸。
[0015]可选地，在所述第一指状部的末端部处和/或在所述第二电极的与所述第一指状部相邻近的位置处形成有电场修饰部，用于借助所述电场修饰部的形状在所述第一电场施加区域内形成所希望的电场分布。
[0016]可选地，所述第二电极还具有从所述第二主体部基本上沿所述第二方向朝着所述第一电极伸出的多个第二指状部；每一第二指状部与所述第一电极的对应的一个第一指状部沿所述第二方向相邻近并相互面对；
[0017]其中，所述电场施加区域包括多个第二电场施加区域，每一第二电场施加区域限定在一个所述第一指状部的末端部与对应的所述第二指状部的末端部之间；
[0018]可选地，所述多个第二电场施加区域中至少两个第二电场施加区域在所述第二方向上的尺寸是不同的；
[0019]可选地，所述多个第二电场施加区域中至少两个第二电场施加区域内的所述通孔具有不同的尺寸。
[0020]可选地，在所述第一指状部的末端部处和/或在所述第二指状部的末端部处形成有电场修饰部，用于借助所述电场修饰部的形状在所述第二电场施加区域内形成所希望的电场分布。
[0021]可选地，所述电场修饰部包括朝着所述电场施加区域伸出的凸起部和/或朝着所述电场施加区域凹入的凹入部；
[0022]可选地，所述凸起部和所述凹入部相互面对；其中，进一步可选地，所述凸起部伸入到所述凹入部内；
[0023]可选地，所述凸起部成形为朝着所述电场施加区域渐缩的尖角部。
[0024]可选地，所述凹入部成形为开口朝着所述电场施加区域的半圆弧形或矩形凹槽。
[0025]可选地，所述第二电极还具有从所述第二主体部基本上沿所述第二方向朝着所述第一电极伸出的多个第二指状部；所述多个第二指状部与所述多个第一指状部基本上沿所述第一方向交错布置并沿所述第二方向至少部分地交叠，以使得所述第一指状部和所述第二指状部在它们的侧部处相互邻近；
[0026]其中，所述电场施加区域包括多个第三电场施加区域，每一第三电场施加区域限定在一个所述第一指状部及与其相邻的所述第二指状部的侧部之间；
[0027]可选地，所述第一指状部与所述第二指状部在所述第一方向上具有变化的间距，以使得所述多个第三电场施加区域中至少两个第三电场施加区域在所述第一方向上的尺寸是不同的；
[0028]可选地，所述多个第三电场施加区域中至少两个第三电场施加区域内的所述通孔具有不同的尺寸。
[0029]可选地，还包括用作加热电极的薄膜状的第三电极，所述第三电极形成在所述电介质层的上表面上并且与所述第一电极和所述第二电极相互间隔开，所述第三电极延伸经过各个电场施加区域并邻近于其内的所述通孔，从而在所述第三电极被施加电流时向所述通孔处的所述样品提供所需要的热量；
[0030]可选地，所述多个第三电场施加区域和/或所述多个第一电场施加区域布置在一个以S形迂回延伸的路径上，所述第三电极沿所述路径连续延伸，以相继经过所述多个第三电场施加区域和/或所述多个第一电场施加区域。
[0031]可选地，所述样品杆具有四个电极探针，所述MEMS芯片还包括四个薄膜状的电极端子，用于与所述样品杆的四个所述电极探针形成电接触，以接收电流和/或电压。
[0032]特别地，本发明还提供了一种制作前述MEMS芯片的工艺，包括:
[0033]在单晶硅片的正面上沉积一层氮化硅作为所述电介质层；
[0034]在所述电介质层的所述上表面处按照预定的形状和位置用金属材料蒸镀所述第一电极和第二电极以及可选的所述第三电极；
[0035]在所述电介质层上用干法刻蚀工艺形成穿透所述电介质层的所述通孔；
[0036]从所述单晶硅片的背面采用干法刻蚀工艺对所述单晶硅片进行刻蚀，直至在一个窗口区域中暴露中所述电介质层；其中，单个所述MEMS芯片的所述第一电极和第二电极以及可选的所述第三电极、以及所述通孔均位于所述窗口区域内。
[0037]本发明的一种用于透射电子显微镜的样品杆的MEMS芯片，通过设计MEMS芯片的电极的形状和样式，使其可以对样品进行加电场或同时加热加电场，满足不同的工作需求。此外，本发明的MEMS芯片窗口还可以根据样品的种类和大小进行调整选择，适用性更强。同时由于本发明不改变样品杆的设计，只在芯片窗口上做改动，保证了样品高度的稳定性，保证了球差电镜的原子级分辨率。
[0038]根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
【附图说明】
[0039]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0040]图1?图14是本发明的