原位输运性质测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种原位输运性质测量方法。
【背景技术】
[0002] 低维量子物质是物理学研究内容最丰富的领域之一。半导体异质结界面的二维电 子气、石墨締、铜基和铁基超导体、拓扑绝缘体、氧化物界面W及过渡金属硫族化合物层状 材料等等都属于该类体系。该些体系展现了自然界中一些最神奇的量子态，设及凝聚态物 理主要的重大科学问题，是揭示低维物理最具挑战的强电子关联问题的关键体系，它们很 有可能还是导致未来信息、清洁能源、电力和精密测量等技术重大革新甚至是革命的一类 体系，是目前全世界的研究重点。对于该类体系的研究，不但需要精密的实验手段，更加重 要的是，由于它们均可W从物理上提炼简化为厚度为一到几个原子层/单位原胞的准二维 体系，一般情况下无法在空气环境下直接进行研究，所W原位的材料生长、原位的性质表征 和原位的输运测量等是测量低维材料不可或缺的技术手段。
[0003] 目前，对低维材料进行输运测试还主要停留在非原位的测量上，即将真空环境内 生长的低维材料拿出真空系统，再放入测试系统上进行测试，测试系统W Quantum Design 公司的产品为代表，能够进行精细的低温和磁场下的测量，但是非原位测量不可避免的会 对低维材料造成污染，使得测量的输运性质不是低维材料最本征的性质。
[0004] 另外，现有技术中一般利用探针直接接触低维材料进行输运性质的测量，低维材 料的结构难免被探针破坏，进而影响输运性质测量的准确度。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，确有必要提供一种不会对低维材料造成污染及破坏，可W测得低维材 料最本征的输运性质的原位输运性质测量方法。
[0006] 一种原位输运性质测量方法，包括W下步骤：一第一真空环境中，在一基底上制备 一膜状结构；一第二真空环境中，在该膜状结构远离基底的表面设置一电极，并在所述膜状 结构远离基底的表面上进行微刻划处理，刻划出一微刻划区域，所述电极位于该微刻划区 域内；W及一第=真空环境中，将一探针阵列接触所述电极，测量该膜状结构的输运性质， 其中，所述第一真空环境、第二真空环境、第S真空环境为一连续的真空环境。
[0007] 一种原位输运性质测量方法，包括W下步骤：提供一低维材料制备系统，用于制备 一膜状结构；提供一低维材料处理系统，用于在所述膜状结构的表面设置电极，并且刻划该 膜状结构，使电极处于一微刻划区域内；W及提供一输运性质测量系统，用于测量所述膜状 结构的输运性质；所述低维材料制备系统与低维材料处理系统通过磁力杆连接，所述低维 材料处理系统和输运性质测量系统通过磁力杆连接，且所述低维材料制备系统、低维材料 处理系统、输运性质测量系统和磁力杆中为一连续的真空环境。
[000引与现有技术相比，本发明提供的原位输运性质测量方法，使低维材料从制备到测 量该低维材料结构的输运性质的过程中均处于恒定不变的真空环境中，确保了低维材料不 会造成污染，可w测得低维材料最本征的输运性质。而且，在低维材料的表面蒸锻电极，通 过电极与探针接触的方式测量低维材料的输运性质，不会破坏低维材料的结构。
【附图说明】
[0009] 图1为原位输运性质测量装置的立体结构的结构示意图。
[0010] 图2为低维材料制备系统的剖面结构示意图。
[0011] 图3为低维材料处理系统的立体结构的结构示意图。
[0012] 图4为低维材料处理系统中电极蒸锻腔内部的立体结构分解图。
[0013] 图5为低维材料处理系统中刻划处理腔内部及显微镜的立体结构示意图。
[0014] 图6为输运性质测量系统的立体结构分解示意图。
[0015] 图7为输运性质测量系统中探针台的剖面结构示意图。
[0016] 图8为低维材料原位输运性质测量方法的流程图。
[0017] 主要元件符号说明_
【主权项】
1. 一种原位输运性质测量方法，包括以下步骤： 一第一真空环境中，在一基底上制备一膜状结构； 一第二真空环境中，在该膜状结构远离基底的表面设置一电极，并在所述膜状结构远 离基底的表面上进行微刻划处理，刻划出一微刻划区域，所述电极位于该微刻划区域内；以 及 一第三真空环境中，将一探针阵列接触所述电极，测量该膜状结构的输运性质， 其中，所述第一真空环境、第二真空环境、第三真空环境为一连续的真空环境。
2. 如权利要求1所述的原位输运性质测量方法，其特征在于，利用多个磁力杆在所述 第一真空环境、第二真空环境、第三真空环境中传递所述膜状结构。
3. 如权利要求2所述的原位输运性质测量方法，其特征在于，提供一原位输运性质测 量系统，该原位输运性质测量系统包括一低维材料制备系统，用于制备所述膜状结构；一低 维材料处理系统，用于在膜状结构表面设置电极和进行微刻划处理；以及一输运性质测量 系统，用于测量膜状结构的输运性质，所述多个磁力杆在所述低维材料制备系统、低维材料 处理系统和输运性质测量系统之间用于传递所述膜状结构，且所述原位输运性质测量系统 为真空环境。
4. 如权利要求1所述的原位输运性质测量方法，其特征在于，在所述膜状结构远离基 底的表面设置一电极，包括以下步骤： 使所述膜状结构在自身重力的作用下向一掩模靠近直至所述膜状结构远离基底的表 面与该掩模接触；以及 加热一电极蒸发源，将电极蒸镀到膜状结构远离基底的表面。
5. 如权利要求4所述的原位输运性质测量方法，其特征在于，使所述膜状结构在距离 所述掩模2毫米的位置依靠自身重力靠近该掩模。
6. 如权利要求1所述的原位输运性质测量方法，其特征在于，在所述膜状结构远离基 底的表面刻划出一微刻划区域，并且所述电极位于该微刻划区域内的方法是：在一显微镜 的观测下，驱动一设置有刻划针的微动刻划器，使所述刻划针在膜状结构远离基底的表面 刻划该膜状结构，在膜状结构上刻划一微刻划区域，且所述电极位于该微刻划区域内。
7. 如权利要求3所述的原位输运性质测量方法，其特征在于，将探针阵列接触所述电 极进行输运性质的测量，包括以下步骤： 所述输运性质测量系统包括一测量头和一测量腔，该测量头包括一探针阵列，将经过 微刻划处理的膜状结构和电极传送至所述输运性质测量系统中，使所述微刻划区域中的电 极与所述测量头上的探针阵列先对接，然后使探针阵列略微移开电极，再将电极和探针阵 列整体传送至所述测量腔中，最后使所述探针阵列接触所述电极，进行输运性质的测量。
8. 如权利要求7所述的原位输运性质测量方法，其特征在于，在一显微镜的观测下使 所述探针阵列与所述电极接触，然后使探针阵列略微移开电极，最后将电极和探针阵列整 体传送至一真空环境中。
9. 如权利要求1所述的原位输运性质测量方法，其特征在于，在所述膜状结构远离基 底的表面设置电极之前进一步包括一对该膜状结构的形貌和表面电子结构进行测试分析 的步骤。
10. -种原位输运性质测量方法，包括以下步骤： 提供一低维材料制备系统，用于制备一膜状结构； 提供一低维材料处理系统，用于在所述膜状结构的表面设置电极，并且刻划该膜状结 构，使电极处于一微刻划区域内；以及 提供一输运性质测量系统，用于测量所述膜状结构的输运性质； 所述低维材料制备系统与低维材料处理系统通过磁力杆连接，所述低维材料处理系统 和输运性质测量系统通过磁力杆连接，且所述低维材料制备系统、低维材料处理系统、输运 性质测量系统和磁力杆中为一连续的真空环境。
【专利摘要】一种原位输运性质测量方法，包括以下步骤：一第一真空环境中，在一基底上制备一膜状结构；一第二真空环境中，在该膜状结构远离基底的表面设置一电极，并在所述膜状结构远离基底的表面上进行微刻划处理，刻划出一微刻划区域，所述电极位于该微刻划区域内；以及一第三真空环境中，将一探针阵列接触所述电极，进行输运性质的测量；所述第一真空环境、第二真空环境、第三真空环境为一连续的真空环境，该连续的真空环境是指所述膜状结构从第一真空环境直接进入第二真空环境，并从第二真空环境直接进入第三真空环境，该膜状结构没有与空气接触。本发明还涉及一种原位输运性质测量装置。
【IPC分类】G01N33-00
【公开号】CN104749325
【申请号】CN201510172271
【发明人】薛其坤, 陈曦, 胡小鹏, 赵大鹏, 郑澄
【申请人】清华大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月13日