专利名称：用于实现与材料复合动作的基片及其制备方法和工作设备的制作方法
用于实现与材料复合动作的基片及其制备方法和工作设备发明领域本发明涉及材料科学，涉及关于科学技术的精密仪器，具体的说涉及 呈现为薄膜的各种材料的诊断。所提出的与薄膜复合动作的方法在于在特 殊设计的允许制作薄膜样品的支架上制备这种薄膜样品以及实现为了对 样品的研究和将该材料用于创新各种设备/仪器时所需要的进一步操作。发明背景近场扫描光学显微镜(NSOM)是一种用于研究各种薄膜结构与性能 的现代仪器。该显微镜表示扫描探针显微镜(SPD)中的一种。其中，原 子力显微镜(AFM)最为重要。过去，人们主要利用光学显微镜(OM)对生物对象进行研究，(在次 要程度上的)也利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM) 和尤其是近些年使用的同步辐射(SR)的方法进行这种研究。然而，OM 和AFM (和数量较少的NSOM)仍然是大部分实验室里用于这些研究的 主要仪器。OM允许观察到全部的形貌结构，并能够在分辨率降至500nm时研究 内部结构，以及在内部发光的范畴内降至100nm。 AFM在研究形貌时可 以提供低至3nm的分辨率。 一般NSOM的分辨率小于100nm，这些设备/ 仪器并非十全十美所能够进行的研究数量仍然微不足道。作为真空设备的 SEM和TEM很难适用于对生物对象的研究。SR设备数量很少，用于在 SR设备中研究的样品的制备存在缺陷 一般包括将薄膜1拉伸到环2上， 该薄膜依靠毛细管力保持在环上，而后将环浸沾到含有待研究材料的溶液 中(图la)。在OM中通常使用厚度》5mm的玻璃载片3 (图lb)。在利用NSOM 工作时，尽管此基片在所有可能的应用是最佳的，但在利用高分辨率获取 分布其表面的样品4的内部结构图时造成了严重的限制。然而也很难在 TEM中使用此基片。文献[l]提出了一种在材料研究中更加专业化的基于对由该材料制备
的薄膜的分析从而实现复杂研究的方法。在本发明中薄膜152被用作相对 于支架154有可能变换其角度的载物台(图2)。此基片具有额外的自由， 因此可以提供更多研究的可能，这通过把薄膜用作载物台可以实现。然而 文献[l]所提出的结构在操作和生产中都不能通用，而且其目的是用于解决 特殊任务。许多任务都需要一种可以用于研究各种(生物、半导体、氧化物)材 料的方法。该方法一方面要具备综合性，另一方面要简单、成本低廉。当 今在全世界存在大量与蛋白质(DNA、病毒等)有关的工作，要通过各种 技术在不同条件下分析出其结构，换句话说就是必须要在高分辨下对其形 貌和内部结构都能进行研究。OM适合于大多数使用者，其为每个研究人员的一个桌上设备/仪器。 最为常见的是使用OM和AFM的组合。只有个别开发人员在最近实现了 NSOM与OM+AFM的组合。虽然文献[2]AsylumResearch公司设计出该 种仪器，但是其仍不能被广泛使用。此外，利用该仪器所获得的信息不足 以进行所有的研究。在TEM中通过和SR研究样品也非易事。本发明提出 一种基于使用多目的性基片(multi-purpose substrate )(在 说明中称其为"MPS"，在权利要求中称其为"基片")的技术。该技术在于 与材料及其碎片(fragment )的复合动作，并允许从"独特性研究"转换到"常 规性研究"，这就使得在生物和不同的纳米技术方向上的发展具有质的飞 跃(通过增加出版物的数量)。由本发明提出的基于使用MPS的材料(尤 其是薄膜)诊断的综合方法实际上覆盖了所有现有仪器的整个范围。它允 许独立于包括所述对象和仪器的国家或空间启动共同使用世界上的科学 仪器的机制，此外，MPS允许创造具有预定性能的材料，并在实践中的任 何领域里制备出完美的设备/仪器。发明描述根据本发明所提出的一种用于实现与材料及其碎片进行复合动作的 基片，其包括至少一个支架、至少一个用于与碎片动作的装置、至少一个 用于碎片的作为支架上的薄膜的载物台、由至少一种材料所提供的作为具 有两个自由表面的隔膜的薄膜，至少其中一个自由表面是通过支架的部分 去除所形成。该基片的支架可以由诸如硅的半导体材料所制成。膜可以通 过支架材料与其他至少一种化学组分接合而成，或通过在支架的基片上沉
积而成。根据本发明，基片包括至少一个用于形成至少一个碎片的装置和 形成后可在任一阶段去除的装置，和/或至少一个用于将碎片状态保持在初 始状态的装置。该基片还具有形成至少一个碎片的装置，以及至少一个用 于将至少一个碎片的状态保持在初始状态的装置，其表示这种材料的另一 个碎片的至少一个薄膜和/或另一种材料碎片的至少一个薄膜，所述用于形 成至少一个碎片的装置包含至少一个緩减元件。在与碎片动作的任何阶 段，该基片至少一部分可以被去除，并且至少其一部分可以在与碎片动作 的任何阶段被转换。本发明提出，该基片包含至少一个用于布置的装置， 和/或至少一个用于定位的装置和/或至少一个在包含至少一个用于与碎片 动作的装置的设备/仪器的支架中用于固定的装置，至少一个上述提到的装 置可以与另一个组合。并且该基片具有至少一个用于定位设备/仪器的装置 的装置，所述设备/仪器包含至少一个用于与碎片动作的装置。该基片还包 含至少一个电极和/或至少一个分析装置和/或至少一个转换装置，并且该 基片还包含至少一个能够确保其放置于传输容器中/上和/或在包含至少一 个用于与碎片动作的装置的设备/仪器的支架中的装置。根据本发明该基片提供了材料的至少一个碎片形成在该基片上的可能性，使得有可能与该材 料的至少多于一个碎片和/或与其他材料的至少 一个碎片执行复合动作，并 且该基片包含至少一个用于可控制利用重力的装置和/或至少一个可控的 用于实现类似重力的装置，以确保定向形成至少一个具有晶体结构的材料 部分的至少一个石争片。根据本发明所提出的用于与材料复合动作的装置包括至少 一 个用于 与基片动作的装置、至少一个用于与材料碎片动作的装置，包含根据上述 内容以使与基片共同工作的支架。 .本发明还提出一种制备基片的方法，该方法包括制备支架、通过在由 至少一种材料制成的薄膜的支架上形成而制成载物台，随后支架的一部分 被去除，用于该薄膜的至少一部分形成为具有两个自由表面的隔膜形状。 该方法包括当将复合晶片用于制备基片时，该晶片包含至少两层，且其中 一层为块状。该方法还包括在将一些材料碎片放在载物台的至少一部分上 之后进行形成该基片的至少一个阶段和/或去除其一部分。
图la，b现有技术，l-待研究材料的膜在线环上拉伸作为隔膜；2-线
环；3-玻璃基片；4-所研究材料的薄膜。图2现有技术文献[l]提出的基片的横截面图；152-薄膜的基片；154 -支架。图3a，b-15a,b是根据本发明的MPS的两个立体度量图a-正视图，b -侧视图；1-MPS的块状部件(支架)，2-作为膈膜的载物台的薄膜，2，-在MPS块状部件(支架)表面上的载物台的薄膜，3和7-刚性的撑托，4 -用于放置初始材料的隔室储存区，5-连接隔室和载物台6的沟道，6-MPS 块状部件(支架)的附加层，8和9-在l和6层中形成的沟道，用于实现 支架的一部分从与载物台的另一部分分开的可能，10-支架两个零件的连 接部分。图16是放置在具有变化角度a的单元(设备/仪器)支架上的MPS 立体度量图。2-作为膈膜的载物台的薄膜，4-用于放置初始材料的隔室储 存区，5-连接隔室和载物台的沟道，ll-单元(设备/仪器)的支架。图17是放置在以角速度co旋转的单元(设备/仪器)支架上的MPS 立体度量图。2-作为膈膜的载物台的薄膜，4-用于放置初始材料的隔室储 存区，5-连接隔室和载物台的沟道，11-单元(设备/仪器)的支架。图18是在使用者操作时不同阶段的MPS立体度量图。I-MPS本身， II-材料的薄膜碎片的形成(制备)，ni-光学显微镜中对碎片的观察，IV-通过扫描探针设备/仪器对碎片的研究，V-通过电子显微镜(SEM和/或 TEM)对碎片的研究，VI-通过利用某些波辐射的设备/仪器对碎片的研究， VII-通过任一其它设备/仪器对碎片的研究。图19和20是具有材料的碎片的隔膜横截面图。12-反射涂层，13-用 于研究的辐射，14-材料的碎片，15-从样品反射的辐射，16-从隔膜正面反 射的辐射，17-从隔膜背面反射的辐射，18-干涉图像。图21 a-e是MPS制备的各种方式。实施例在本发明中提出了用于实现与材料或材料的碎片(材料的部分或样品) (本说明书中定义的"材料"和"材料的碎片，，被当作同义词并且可以定义为 "碎片")复合动作的MPS结构。这些动作包括产生(形成)作为薄膜的所 述材料的碎片，通过任何已知的物理方法与之动作，分析动作的结果，利用 碎片或其部分进行处理，观察和研究其性能和结构，利用所形成的碎片使一种能量和/或移动转变为另一种能量和/或移动，以及利用在MPS上已产生的''由于使;了;斤i出二 :s结构,"一^有可能解决的主要任务是实现材料的复合研究的方法，该方法在于使研究人员有可能在MPS上构建给定的 样品(碎片)，并且利用该MPS所代表的技术对其进行研究。由于本发明所 提出的MPS结构可以实际研究任何设备/仪器上的具体样品，使研究人员有 可能能够获得关于研究对象的最多信息。所提出的结构的另一个任务是使用MPS以产生和运送用于后续放置的 材料(或其碎片)，以及可以在任何设备/仪器中利用其作为主动或被动的元 件(active or passive element )。通过这种方式，MPS可以是具有代表主动元 件(例如将一种能量转换为另一种能量的转换器)的碎片和代表电子电路的 构成部件的电极的载物台。例如放置于MPS载物台表面上的作为活性材料 的碎片可以是生物晶体视紫红质(biological crystal rhodopsin)(其可将光子 的能量转换为电信号)。由于MPS上的电极阵列，所转换的信号可以通过设 备/仪器的分析装置被记录并处理。在这种情况下，对应于正常状态(固、液 或气)的蛋白质的聚合态均可以在MPS和装有MPS的设备/仪器中实现。当 本发明使用"一种用于将碎片保存在初始状态中的装置"的技术名词时， 以上情况要出现在脑海中。最后MPS本身代表可以在其上安放微电路(作 为分析工具)或任何变换器的载体。具有至少两种不同材料的碎片的MPS 的例子可以被认为是具有在任何两个不同电导性区域之间的结的半导体结 构。根据本发明的技术名词这说明预先形成的载体(例如具有分析微芯片的 平板，用于转换信号、能量、数据的扩展总线(电极)，替续设备/仪器和其 他组成部分)一方面可以被当作用于实现与材料碎片(部分或样品)复合动 作的MPS,另一方面也可以被当作用于实现复杂功能的现成模块或独立设备 /仪器。具体的说，当在本发明中说到MPS可以包含至少一个电极和/或一个 分析装置，和/或至少 一个转换装置时应紧记以上所述内容。本发明的专业术语"载物台，，表示一种可在其上放置材料碎片(部分或样 品)的平面。依据本发明所述的载物台代表至少其一部分可以作为隔膜的薄 膜。在这种情况下，碎片或材料的碎片可以^^L置在载物台的两个表面。如 果碎片放置在一个面上(仅在一个面)称该面为隔膜的"正面，，，若放置在相 反的面上则称其为隔膜的"背面"。
载物台任何可用的表面均可被作为放置样品碎片的面。隔膜与MPS的块状部件接触(受其加固)。其至少通过如图4所示的部 分周边或如图5显示的所有周边而得到加固。依据本发明，隔膜是自由悬浮 于空中的载物台的薄膜的延续。薄膜的厚度可以是几纳米至样品的典型研究 中所用的载物台的厚度。在本发明的术语中名词"空间分散设备/仪器"可以把该设备/仪器理解为 其所有的主要组件都是不常见的。作为组件的举例将材料的碎片放置其上的 载物台或具有所述的碎片的MPS,确保了其观察的系统(真空闸锁装置、照 明)等。例1:依据本发明最简单且可实现的MPS结构(图3a，b)中，有由硅半导体 材料实现的块状部件1和由二氧化硅隔膜2实现的载物台。为了保持在工作 期间(在隔膜是延伸的情况下)隔膜的强度特性， 一种可以实现刚度的撑托 3被设计到结构中。由于可能利用已知的Si材料，很容易在结构中实现附加技术组件用于 其进一步应用。具体的说，在块状支架主体中可以;汰置一个用于形成至少任 一材料的碎片(样品或部分)的装置。如图4a,b所示的隔室储存区4。在隔 室中可以放置用于研究的材料的溶液；该溶液可以通过沟道5均勻地分布在 隔膜2表面。依据本发明MPS具有由隔膜2所代表的载物台。所述的载物台的整个 周边都固定在块状部件1上(图5a,b)。通常在多数情况下将载物台实现为 薄膜。膜的一部分由自由悬吊的隔膜2所提供，而另一部分由放置在块状支 架(图6a,b )上的薄膜2'所提供。图7a,b和图8a,b显示了其他通用的构造方式。此时块状部件由玻璃片1 所提供并且氮化硅层被用作隔膜。该材料比二氧化硅强度更好。另外刚度的 撑托3也再次被设计使用。例2:如上所述，MPS可以包含用于形成材料的碎片所需的组件。 一方面为 了在隔膜2 (图9a,b)上产生所研究的碎片提供方便，另一方面依据本发明 在隔膜2上形成所述的碎片之后，为在研究设备/仪器工作时提供方便，在一
些步骤中该MPS的使用者(研究者)可以从块状部件中去除带有变为无用 溶液的隔室4。为了实现这种功能，提出的一种包括具有或没有刚性的撑托 7的附加块状层6的构造方式。通过在制作MPS时在块状层1和6中形成特 殊沟道8和9，很容易折断由层1和6形成的块状支架的组件。作为复合动 作的结果，使用者获得了如图10a,b所示的MPS结构。载物台的隔膜可由蓝宝石、金刚石或类金刚石材料所制成，也可以是任 何其他的能够满足研究需要的条件的材料，即要足够薄(与样品的数量级相 同或更薄)、透明、具有平滑的表面，并且为化学惰性等。无机或有机的化 合物、非晶体或结晶体能够满足这些条件。为了实现所述的MPS结构的方 式，本发明提出一种构造模式，其中使用各种材料作为层1和6 (图lla,b) 及块状支架，所述的不同材料可以确保在形成载物台时制备需要的薄膜和隔 膜。在形成材料的碎片之后，为了与其实现复合动作，使用者获得了如图 12a,b所示的MPS结构。图13a,b、图14a,b和图15a,b显示了强度更高的构造方式。在选择隔膜材料时，所形成材料的适应性(例如晶体结构或表面结构的 紧密度)对于MPS材料(载物台)起到重要作用。例如在研究GaN或GalnN 薄膜的结构和性能时载物台的隔膜最好选用蓝宝石(或比较好地使用碳化 硅)。这样就可能相互分离地或一个在另 一个之上地在GaN或GalnN薄层的 材料上实现外延的"过度生长(overgrowing)"。在所给出的例子中载物台的膜既可以通过衬底材料与其他化学组分化 学接合而成，或在支架表面沉积而成。氧化层最好通过支架氧化来获得。氮 化硅最好通过在支架表面的沉积而获得。碳化硅通过两种方法都可以获得。如以上所指出的，将材料碎片形成薄膜的一个方法在于利用沟道5;由 于此，其材料碎片是由放置于隔室4中的初始(核)材料形成。这样碎片就 可以均匀地(机械地)沿着隔膜2的表面分布。为了其他目的，设备/仪器允许以与水平面呈a角度安置支架11与MPS (图16),在这种情况下，装有初始材料的隔室4高于具有隔膜2的载物台， 而在其他情况下反之亦然。第一种情况对应于正角a，而第二种对应于负角 a。在正角a的情况下，初始材料受到重力作用，作用的结果为初始材料通 过沟道5沿着载物台2均勻地扩散。通过改变角a增加或减小作用力，我们 能够改变重力在材料碎片的形成方向上的投影。这是利用重力作为定向形成 至少一个材料碎片的一个方法的例子。支架上MPS上的更复杂的布置是可
能的首先^f吏载物台的平面相对于一个轴(支架平面与水平面交叉的一条直 线)向水平面倾斜；然后使所有系统相对于其他轴向水平面倾斜一个角度。 通过此种方式，该设备/仪器可以包含多于一个受控装置，以利用重力作为控 制至少一种材料碎片形成的方式。为了实现这些目的，可以应用一种允许支架11与MPS —同旋转的设备 /仪器(图17),以用于产生"离心力"；在这种情况下，装有初始材料的隔室 可以离旋转中心更近或更远。由于惯性，该设备/仪器提供重力的模拟。在重 力的情况下，在材料碎片的形成方向上(相应的，作用在材料上的力的方向) 力的投影的变化受角度a (最小为0°,最大为90°)的范围的限制。在旋转 的情况下，离心力决定于支架的角速度co。事实上"惯性力"是离心力的一部 分(取相反符号)，其不足以补偿由于惯性所发生的材料相对于MPS的位移。 结果，材料的颗粒被迫使离开旋转中心并且实际上离开了装有初始材料的隔 室机械地扩散到载物台上。我们通过调节旋转的角速度改变了未补偿部分的 值(等于"惯性力"的值)。对于研究对象(初始材料)来说，重力在碎片形 成的方向上的投影与具有相反符号的离心力的未补偿部分一样。其与我们在 本发明中引入的名词"重力的模拟，，相似。该情况是将重力的模拟用作一种用 于至少一个材料碎片的定向形成的方法的例子。依据本发明，用于形成碎片的方法之一可以由特殊的緩减单元(reliefelement)所提供，例如作为确保材料碎片的结晶生长在需要方向上的有利条件的阶段。对于产生材料碎片的结晶技术，支架的关于水平面的正负角 (图16)都可用于改变生长条件。类似的，相对于支架的旋转中心隔室4和载物台2 (图17)的直接或相反的相互放置将会影响到利用结晶技术的材料碎片的产生。用于定向形成材料碎片的所述方法的组合允许确保放置在载物台表面 上均质薄膜形状的产生。在理想情况下，这将是单晶薄膜，在中等情况下这 将是多晶薄膜或至少具有分离的晶粒(结晶团簇)注入的膜。本发明还设想了一种更复杂的方式，用于实现用于定向形成材料碎片的 方式。例如相对于一个与所述的旋转轴不一致的轴，至少多于一个支架的旋 转同时被实现。这样，所述的设备/仪器包含一个、两个或多个用于实现类似 重力的控制装置，作为一种用于定向形成至少一种材剩^f片的装置。薄膜形状的材料碎片可以通过任何诸如LB (Langmuir Blodgett)技术 [文献2-4]等已知的技术在MPS载物台上沉积，在此制备的是单层和多层膜。
任何已知的^R术也可以用来形成材料碎片。例如电子束蒸发、电阻蒸发、微波溅射、化学气相沉积、原子层外延等。具体的说，利用在MPS上实现 所需材料或其碎片的生长(形成)， 一种诸如金属溶剂的溶剂也可以用作为材料碎片。当本发明中说到材料的至少一个碎片的形成时，要紧记可能与该材料的 至少多于一个碎片和/或与其他材料的至少一个碎片执行复合动作。所提到的 重力或类似重力的作用将主要被导向到溶剂(其质量)，这将会促进所需的 其他材^^卒片的定向形成(生长)。例3:隔膜2在正表面或背表面上具有反射涂层12 (图19和图20 )。这表示 隔膜的至少一个面由导电的和部分或全部辐射反射的涂层所实现。当本发明 中说到材料的至少一个碎片的形成时，请紧记可能与该材料的至少多于一个 碎片和/或其他材料的至少一个碎片执行复合动作。可以选择用于研究的辐射13的波长和/或入射角度以使样品14反射辐 射15，从正表面反射辐射16，和/或从背表面反射辐射17,从而形成一个干 涉图18。宽的辐射光谱可以提供同步辐射(Synchrotron radiation, SR)。由 于SR,可以获得具有从RF到硬X射线的光谱的光束。让我们比较一下作 为图19和图20中所显示过程结果的干涉图18。分析二者(通过将其分成各 部分并加入一些要素)可以获得一些新的信息。此外，所提出的技术也及时 被展现。这也允许利用该技术分析在原位处发生的过程。通过这种方式，本 发明提出了一种方法，其基于所描述技术允许对用MPS而获得的干涉图进 行分析。换句话说，我们考虑了一种特殊类型的设备/仪器，其包含至少一个 用于与MPS动作的装置，后者保持至少一个与材料碎片动作的装置，该应 用包含了一个允许与MPS工作的支架；MPS具有一种根据本发明的描述的 结构。例4:本发明提出了用于制备MPS的不同技术。以下描述MPS形成的主要阶 段。每个阶段的执行包括几个标准和公知的光刻和机械过程诸如(刻线MPS 表面)。以下所给出的阶段是制备单个MPS的主要步骤。根据本发明，通过光刻倍增(photolithographic multiplication)和MPS矩阵的产生可以从所给的 硅晶片上制造多个MPS。利用光刻和/或机械切削的方法形成特殊的沟道和 空腔可以使每个MPS从母片上分离。然后使用者可以自己通过机械切断， 将已有的/制备的MPS从母片上分离。给出的样品允许形成一层尽可能薄的 厚度从几纳米到几百和几千纳米的载物台的层(具体是隔膜)。图21a给出了这种技术之一的几个阶段。在例如硅的晶片的表面上形成 的是未来载物台的薄膜(阶段I )。然后膜被氧化(形成二氧化硅-阶段II )。 最后，从二氧化硅形成隔膜，晶片的一部分被去除(阶段III)。该晶片剩余 的块状部分用作MPS的支架。在形成隔膜的阶段，与膈膜同时， 一种用于 未来形成样品(材料碎片)的装置随之产生。图4中示出的隔室储存区4和 沟道5作为这种装置。图21b显示了用于形成MPS的另一种方式。第一块状材料(如在阶4殳 I形成的硅晶片)是用以产生未来载物台的薄膜层。该层可由二氧化硅(Si02)、 氮化硅(Si3N4)或碳化硅(SiC)或其他不同材料形成。基片的这些部分针对MPS 的不同任务的方案来说是需要的。在形成薄膜(阶段n)之后，第二块状平板(阶段m)加入到薄膜层中。在高温高压下通过接合两个硅晶片形成复合 平板而实现。也可以将晶片粘合于一些如低共熔物的材料媒质上实现。硅酸 盐或其他玻璃可以作为第二层。在该层状结构形成之后，第二晶片的一部分被去除(阶段IV)。第二晶片的剩余部分是MPS未来支架的主体。总而言之， 第一晶片被去除(阶段V)。这两个步骤可以以相反顺序实现首先去除第一 晶片，随后去除第二晶片的一部分。图21c显示了用于形成MPS的第三个方式。阶段I, 一个晶片；阶段II, 一个块状层通过任何已知的和方便的技术(以下描述的步骤)连接于该晶片。 其中一个晶片的一部分被去除，留下该晶片材料的薄膜(阶段III)。随后去 除第二晶片(阶段IV)。形成MPS的更多技术展现在图21d中。在该情况下，使用现有的工业 复合(多层的)晶片(阶段I )。使用包括两个块状硅层和一个二氧化硅中间 层的三层晶片，这就是所谓的SOI (绝缘体上硅)结构。该结构可被工业广 泛生产。从该晶片的一个块状层，形成在未来MPS上放置的用于与材料碎片动作的装置(阶段n)。从该同一层可能形成刚性的撑托。该晶片的一部分被去除，复合晶片的中间氧化层Si02露出。随后在第二块状晶片(阶段III)上执行相似的动作。结果形成MPS。最后(阶段IV)在块状晶片中都
形成技术沟槽，用于使用者在利用其工作的任何阶段分离所形成的MPS的 块状支架的一部分。具体的说是在所研究或使用的材料的碎片形成之后。最后，图21e显示了一种特殊情况下用于制备MPS的技术。使用块状 晶片(阶段I),在其表面形成未来载物台的薄膜(层)(阶段II)。通过任何 已知的和方便的技术将形成的膜(层)的一面固定到另一个晶片(阶段m)。 而后，类似于前一段落中所详细描述的MPS的各个阶段(从第二阶段开始)。 如果选择的晶片是硅，薄膜(层)就是通过例如氧化制备的氧化物，并且与 晶片的接合也在高温高压下进行的，这种情况与前面描述的一样。例5:以下是由于MPS而可以方便实现世界上科学设备共用的一个例子。如 果MPS使用者研究放置在MPS上由具体材料的碎片提供的具体实验样品 (CES)利用数十个MPS进行一系列实验，并达到一个结果，需要在所有可以 分析关于CES结构和性能的设备/仪器中看到该结果。MPS使用者本身可以 在NSOM与OM+AFM组合的组合设备/仪器中选择这样一个样品。然而对 于CES更具体的研究，大多数研究者没有整套的科学设备/仪器。如本例所 示，研究者可以使用世界上的科学设备。通过这种方式其中一个问题得到解 决如果研究者在一个设备中获得了 CES并希望在另一个分析设备中进行 研究，那就无需尝试数十次在另一个衬底上再现同样的样品。他可以利用在 MPS上的CES。然而这项任务由于其太复杂从来没有人完成过。该任务是在空间分布的 设备/仪器上研究CES中的同一个点(对研究者非常重要的部分)，并具有与 所研究的对象的尺寸相应的精确/准确性。该对象可以是大分子或尺寸低至几 纳米的大分子簇。放置在MPS上的CES尺寸可以是比该对象大几千和几百 万倍的几十微米或毫米。并且在"空间分布的设备"之间的距离可以从几个厘 米到上千公里。因此为了能够获得一个关于所选择的CES的同一区域(单 元)的各种信息，在一个给定的空间点以给定的精度找到该研究设备就至关 重要。为了实现该目的，依据本发明，在本发明所提出/考虑的MPS中设计 了一个为所有主要的科学设备所识别和利用的特殊标定的标尺。具体的说， 当提到MPS包含至少一个用于布置的装置，和/或至少一个用于定位的装置， 和/或至少一个在设备/仪器中或包含至少一个与碎片动作的装置的设备的支 架中用于固定的装置时，要记住这些任何一个装置可以和另一个装置组合。 当然，该标尺可能不足于准确找到CES的研究点，可以利用以MPS结 构实现的技术以及本发明来协助。请紧记，例如通过具有化学修正尖端的特 殊的扫描探针显微镜的协助，在CES本身和/或在MPS上产生特殊标记。在 谈到本发明中时要记住至少一个用于定位设备/仪器的装置的装置，所述设备 /仪器包含至少一个用于与碎片动作的装置。还要记住在谈到本发明时，有至 少一个电^l和/或至少一个分析装置和/或至少一个转换装置。例6:让我们考虑一下本发明所提出的与材料碎片动作的方法如何共同使用 世界上的科学设备的实现机制。通过MPS上的常规步骤， 一些实验室的研究员(使用者)获得了一种 新材料的样品。其利用所拥有的设备对其进行研究。OM是标准的设备。如 果OM与AFM组合使用会更好；如果和NSOM组合使用会更好。在研究员 找到一些计划寻找的典型特征或性能或发现一些感兴趣的东西时，他可以将 放置于MPS上的样品送至空间上相距遥远的研究中心(以共同使用)，该中 心拥有有资格的研究人员利用具体的复杂技术和设备/仪器工作，专门用于为 国外组织提供服务。例如利用同步辐射源(如今这种源只在5个发达国家有)。 这些组织可以在持续的(长期)或单次服务基础上利用这项服务。为了传送 样品以供研究MPS必须一皮插入到一个特殊容器(尺寸约1 x 2 x 2厘米)，用 信封密封通过邮寄传送。容器必须根据样品的种类确保特定条件下的安全； 对于无机样品仅密封，对于有机(生物)样品要湿(培养基)媒介。在研究 中心，进行样品的研究，信息要写在相应的载体上；所有的数据连同样品要 寄到使用者手中。在这个方案中的主要问题是MPS的通用性，在不同设备/ 仪器的支架中的适应性。因此需要这种MPS结构至少应合适工作于大多数 如透射电子显微镜的复杂设备，换句话说也就是可以放置在其支架中。因此 样品必须能够通过以及滑动到碎片表面的范围上可以观察。对于例如SR来 说后者更重要。
引用的文献1. Wen-Yen Hwang et al., US Patent 6,406,795. Jun. 18, 20022. AsylumResearch, http:〃www.asylumresearch.com/Applications/AfmFluo/AfmFluo.shtml3. LangmuirL, J.Amer.Chem.Soc., 1917,丛18484. BlodgettK.B.， J.Amer.Chem.Soc., 1935， 52, 1007-10225. Blinov L.M.， Science Physics Successes, 1988, 155, 44权利要求
1.一种用于实现与材料复合动作的基片，包括块状部件-支架，用于材料的碎片的载物台，至少一个用于与碎片动作的装置，其中所述的工作台是薄膜，至少其一部分由一个隔膜提供，所述的隔膜包括至少一种材料，其两个表面均为自由面，并且由沿其周边的至少一部分实现与所述块状支架的连接。
2. 权利要求1所述的基片，其中所述的薄膜由两种或多种材料所提供。
3. 权利要求2所述的基片，其中至少两种所述材料的结构和/或化学 成分彼此不同。
4. 权利要求1所述的基片，其中它包含至少一个用于形成至少一个 碎片并可以后续在任何阶段去除的装置，和/或至少一个用于将所述碎片状 态保持在初始状态的装置。
5. 权利要求4所述的基片，其中所述用于形成至少一个碎片的装置 包含至少一个緩减元件。
6. 权利要求6所述的基片，其中至少一个用于将至少一个碎片的状 态保持在初始阶段的装置可以是该材料另一个碎片的至少一个薄膜和/或 另 一种材料碎片的至少一个薄膜。
7. 权利要求1所述的基片，其中它包含至少一个用于布置的装置， 和/或至少一个用于定位的装置，和/或至少一个在包含至少一个用于与碎 片动作的装置的设备/仪器的所述支架中用于固定的装置，至少一个所提到 的装置可以与另 一个组合。
8. 权利要求l所述的基片，其中它具有至少一个用于定位设备/仪器 的装置的装置，所述的设备/仪器包含至少一个用于与所述的碎片动作的装 置。
9. 权利要求l所述的基片，其中它包含至少一个电极和/或至少一个 分析装置和/或至少 一个转换装置。
10. 权利要求1所述的基片，其中它包含至少一个能够确保其放置于 传输容器中/上和/或在包含至少一个用于与所述碎片动作的装置的所述的 设备/仪器的支架中的装置。
11. 权利要求IO所述的基片，其中传输容器和/或所述支架包含至少一个用于将所述碎片状态保持在初始状态的装置。
12. 权利要求1所述的基片，其中它具有允许至少两个在空间分离的 设备实现与所述碎片动作的设计，每个所述设备包含至少一个用于该动作 的装置，并且能够达到足以实现与至少低于100nm尺寸的对象进行动作的 分辨率。
13. 权利要求1所述的基片，其中在其上形成的材料的至少一个碎片 用于实现与所述材料的至少 一个碎片和/或与另 一种材料的至少 一个碎片 进行复合动作。
14. 权利要求1所述的基片，其中在隔膜的正面和/或背面上存在涂层， 以确保任一辐射的部分或全反射，和/或该隔膜是导电的。
15. —种设备，包括 至少一个用于与所述基片动作的装置， 至少一个用于与所述材料碎片动作的装置 其中它包括与具有根据所述的权利要求1至14设计的所述基片共同工作 的支架。
16. —种用于制备所述基片的方法，包括 制备块状支架，制备载物台 其中所述的载物台实现为薄膜，至少其一部分由隔膜提供。 其两个表面均为自由的，并且沿其周边的至少一部分实现与所述块状 支架的连接。
17. 权利要求16所述的方法，其中使用了包含至少两层其中一层为块 状层的复合板片。
18. 权利要求16所述的方法，其中所述载物台的形成的至少一个步骤 (阶段)和/或其去除是在将材料的一些碎片安置在所述载物台的至少一个部分上之后进行的。
19. 一种用于制备至少其一部分包含晶体结构的材料的方法， 其中至少 一个用于可控制的利用重力的装置和/或至少 一个可控的用于实 现类似重力的装置，用以定向形成材料的至少一个碎片。
20. —种设备，其包括 至少一个用于与所述基片动作的装置， 至少一个用于与材料的碎片动作的装置 其中它包含至少 一 个确保以薄膜的形式定向结晶形成材料的至少 一 个碎片。
21. 权利要求20所述的设备，其中它包含至少一个用于可控制的利用 重力的装置，其作为控制材料的至少一个碎片形成的装置。
22. 权利要求20所述的设备，其中它包含至少一个用于实现所述的类 似重力的受控装置，其作为用于定向形成材料的至少 一个碎片的装置。
23. 权利要求20至22之一所述的设备，其中它包含至少一个允许与 具有根据权利要求1至14设计的所述基片进行动作的装置。
24. 权利要求20至22之一所述的设备，其中它包含至少一个用于与 至少一个基片动作的装置，所述的基片可以包含至少一个电极和/或至少一 个分析装置和/或至少 一个转换装置。
全文摘要
本发明涉及用于样品的基片的结构设计及其制备方法和基于其上的设备。本发明基片结构的设计使其可能实现用于广泛研究薄膜的方法，其要点是在特殊构造的样品工作台上形成薄膜样品，该样品工作台能够制备这种样品并且实现用于其研究的后续的操作。特别是对于研究所给的样品，所述的方法使其可能使用诸如光学、原子力和光学近场显微镜等设备，和基于通过同步辐射、透射和扫描(光栅)电子显微镜等所获得的X射线照片的分析设备，可能够在当所研究样品从一个设备转换到另一个设备时识别具体的样本区域。
文档编号G01N1/28GK101163954SQ200680008909
公开日2008年4月16日 申请日期2006年1月20日 优先权日2005年1月21日
发明者米哈伊尔·伊维甘涅维奇·吉瓦吉佐夫 申请人:米哈伊尔·伊维甘涅维奇·吉瓦吉佐夫