一種納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，包括電源、控制裝置和測量裝置，所述控制裝置與所述測量裝置連接，所述控制裝置和所述測量裝置分別與所述電源連接，所述測量裝置包括具有SEM成像或EBL圖形化功能的成像裝置、真空腔、真空系統(tǒng)、樣品臺和磁場響應(yīng)特性測試裝置，所述真空系統(tǒng)與所述真空腔連接，所述成像裝置、所述樣品臺及所述磁場響應(yīng)特性測試裝置均設(shè)置在所述真空腔內(nèi)，所述成像裝置及所述磁場響應(yīng)特性測試裝置對應(yīng)于所述樣品臺設(shè)置。本發(fā)明專利技術(shù)可以快速高效地進行納米材料和器件及其陣列樣品的測試與研究，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和市場需求。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種納米材料及器件的檢測裝置，特別是一種基于電子束曝光系統(tǒng)/電子束圖形發(fā)生系統(tǒng)的磁場施加，高頻電磁信號產(chǎn)生、引入、傳輸和測量以及大范圍下的納米定位的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
隨著納米加工和檢測技術(shù)的發(fā)展，納米材料與器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于包括諸如電子、磁學(xué)、化學(xué)、生物等多個領(lǐng)域。針對納米材料和器件的研究，已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理以及現(xiàn)代信息技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)中的核心問題之一。1988年以來，自旋電子學(xué)的飛速發(fā)展正在逐步將信息科學(xué)帶入一個包含納米磁性材料的極高密度磁存儲(T-bit/inch2)和納秒級快速讀寫的時代，這意味著對納米材料和器件的研究要進入一個包含納米微觀結(jié)構(gòu)成像、納米圖形化以及GHz高頻操作、有磁場或電場參與的綜合測量與分析的完備過程。·電子束曝光(electron beam lithography,EBL)系統(tǒng)是目前集成納米結(jié)構(gòu)制備和觀測的重要設(shè)備之一，包含掃描電子顯微鏡(SEM)成像功能和電子束圖形發(fā)生器，即利用聚焦電子束直接在抗蝕劑層上寫出納米圖形。根據(jù)電子束束斑小和能量高的特點，利用電子束曝光系統(tǒng)可以制得5-10納米線寬的納米結(jié)構(gòu)，是制作納米材料和器件的理想方法。目前，最小線寬小于5納米的納米結(jié)構(gòu)制備的世界紀錄，是由德國Raith公司的EBL系統(tǒng)得以實現(xiàn)并保持至今。盡管部分EBL系統(tǒng)引入了電信號測量功能的探針臂，但是，目前EBL系統(tǒng)還無法實現(xiàn)對納米材料和器件的直接觀測與原位電、磁信號操控及測量上的相互兼容。其瓶頸問題主要是因為=EBL系統(tǒng)中用于曝光和成像的電子，會在原位測量樣品用的外加磁場或電場的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因而會嚴重干擾和影響電子束的聚焦與掃描。另外，由于探針結(jié)構(gòu)未經(jīng)過特殊設(shè)計，無法完成高頻信號在電子束真空系統(tǒng)內(nèi)的傳輸和測量，因而無法實現(xiàn)原位納米器件的高頻信號傳輸和測量。國內(nèi)外現(xiàn)階段，通常對于納米材料和器件的高頻磁、電輸運特性測試的方法是，先用EBL曝光結(jié)合多步微納米加工制備用于傳輸高頻信號的特殊電極結(jié)構(gòu)，并進行初步直流或者低頻交流磁電特性測試，然后再放入專門的高頻測試系統(tǒng)進行磁電高頻響應(yīng)信號的測量。由于納米尺度下的圖形化工藝難度大、制備周期長、加工和測量過程繁鎖等，不僅增加了制造成本，也極大延長了納米材料和器件的測試時間，成功率和成品率也受到顯著的影響。除此之外，目前的電子束曝光系統(tǒng)雖然集成了具有納米級定位功能的探針臂，但無法完成I英寸或以上大范圍內(nèi)的精確納米定位，僅能在較小的(數(shù)個微米范圍)內(nèi)完成探針與樣品的定位和連接。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)陣列式納米材料和器件的圖形化和形貌觀測、以及原位條件下超寬頻磁電輸運特性的測試及分析的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，包括電源、控制裝置和測量裝置，所述控制裝置與所述測量裝置連接，所述控制裝置和所述測量裝置分別與所述電源連接，其中，所述測量裝置包括具有SEM成像或EBL圖形化功能的成像裝置、真空腔、真空系統(tǒng)、樣品臺和磁場響應(yīng)特性測試裝置，所述真空系統(tǒng)與所述真空腔連接，所述成像裝置、所述樣品臺及所述磁場響應(yīng)特性測試裝置均設(shè)置在所述真空腔內(nèi)，所述成像裝置及所述磁場響應(yīng)特性測試裝置對應(yīng)于所述樣品臺設(shè)置。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述磁場響應(yīng)特性測試裝置包括支架及安裝在所述支架上的磁場發(fā)生裝置和磁場移動機構(gòu)353，所述磁場發(fā)生裝置包括線圈和導(dǎo)磁磁極，所述導(dǎo)磁磁極與所述磁場移動機構(gòu)353連接。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述導(dǎo)磁磁極為軟磁性材料錐形結(jié)構(gòu)件，所述軟磁性材料為NiFe合金、硅鋼片或軟磁鐵氧體。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述線圈為亥姆霍茲線圈。 上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述磁場響應(yīng)特性測試裝置還包括磁場屏蔽機構(gòu)，所述磁場屏蔽機構(gòu)安裝在所述支架上并對應(yīng)于所述樣品臺設(shè)置。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述磁場屏蔽機構(gòu)為磁場屏蔽罩或磁場屏蔽板。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，還包括電場響應(yīng)特性測試裝置，所述電場響應(yīng)特性測試裝置設(shè)置在所述真空腔內(nèi)并設(shè)置在所述樣品臺上方。上所述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述電場響應(yīng)特性測試裝置包括垂直電場施加平板和/或水平電場施加平板以及平板移動機構(gòu)，所述垂直電場施加平板和/或水平電場施加平板分別與所述平板移動機構(gòu)連接。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，還包括光響應(yīng)特性測試裝置，所述光響應(yīng)特性測試裝置包括光源和光響應(yīng)特性測試部件，所述光響應(yīng)特性測試部件設(shè)置在所述真空腔內(nèi)。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述光響應(yīng)特性測試部件包括光纖、光纖探頭和可移動支架，所述光纖分別與所述光源及所述光纖探頭連接，所述光纖探頭安裝在所述可移動支架上，所述可移動支架對應(yīng)于所述樣品臺設(shè)置在所述真空腔內(nèi)。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，還包括寬頻信號測試分析裝置，所述寬頻信號測試分析裝置包括信號產(chǎn)生裝置、信號傳輸裝置和信號分析裝置，所述信號產(chǎn)生裝置及所述信號分析裝置分別與所述信號傳輸裝置連接，所述信號傳輸裝置與所述真空腔連接并對應(yīng)于所述樣品臺設(shè)置。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述信號傳輸裝置包括高頻探針臂和/或低頻探針臂、探針臂移動機構(gòu)和探針，所述高頻探針臂和/或低頻探針臂與所述探針臂移動機構(gòu)連接，所述探針安裝在所述高頻探針臂和/或低頻探針臂的前端。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述探針臂移動機構(gòu)包括三維機械移動部件和三維壓電移動部件。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述高頻探針臂包括第一探針臂和第二探針臂，所述三維機械移動部件通過波紋管與所述第一探針臂連接，所述第一探針臂與所述第二探針臂之間通過所述三維壓電移動部件連接。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述信號傳輸裝置還包括探針定位機構(gòu)，所述探針定位機構(gòu)安裝在所述高頻探針臂和/或低頻探針臂的前端，所述探針定位機構(gòu)與所述控制裝置連接。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述信號產(chǎn)生裝置包括高頻網(wǎng)絡(luò)分析儀、電壓源及電流源，所述高頻探針臂和/或低頻探針臂分別與所述高頻網(wǎng)絡(luò)分析儀、所述電壓源及所述電流源連接。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述信號分析裝置包括頻譜分析儀，所述頻譜分析儀分別與所述高頻探針臂和/或低頻探針臂及所述控制裝置連接。上述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其中，所述真空腔內(nèi)還設(shè)置有樣品臺移動機構(gòu)，所述樣品臺安裝在所述樣品臺移動機構(gòu)上，所述樣品臺移動機構(gòu)與所述控 制裝置連接。本專利技術(shù)的有益功效在于本專利技術(shù)的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，基于包含SEM高分辨成像功能的EBL系統(tǒng)，在微納米結(jié)構(gòu)成像和圖形化的基礎(chǔ)上，將均勻磁場或電場有效地引導(dǎo)在樣品臺中心區(qū)域，并且將寬頻電磁信號以具有納米級定位功能的探針引入并施加在納米結(jié)構(gòu)或器件上，同時包含寬頻電磁信號的引入、引出和測試分析。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)陣列式納米材料和器件的圖形化和形貌觀測、以及原位條件下超寬頻磁電輸運特性的測本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，包括電源、控制裝置和測量裝置，所述控制裝置與所述測量裝置連接，所述控制裝置和所述測量裝置分別與所述電源連接，其特征在于，所述測量裝置包括具有SEM成像或EBL圖形化功能的成像裝置、真空腔、真空系統(tǒng)、樣品臺和磁場響應(yīng)特性測試裝置，所述真空系統(tǒng)與所述真空腔連接，所述成像裝置、所述樣品臺及所述磁場響應(yīng)特性測試裝置均設(shè)置在所述真空腔內(nèi)，所述成像裝置及所述磁場響應(yīng)特性測試裝置對應(yīng)于所述樣品臺設(shè)置。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，包括電源、控制裝置和測量裝置，所述控制裝置與所述測量裝置連接，所述控制裝置和所述測量裝置分別與所述電源連接，其特征在于，所述測量裝 置包括具有SEM成像或EBL圖形化功能的成像裝置、真空腔、真空系統(tǒng)、樣品臺和磁場響應(yīng)特性測試裝置，所述真空系統(tǒng)與所述真空腔連接，所述成像裝置、所述樣品臺及所述磁場響應(yīng)特性測試裝置均設(shè)置在所述真空腔內(nèi)，所述成像裝置及所述磁場響應(yīng)特性測試裝置對應(yīng)于所述樣品臺設(shè)置。2.如權(quán)利要求I所述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其特征在于，所述磁場響應(yīng)特性測試裝置包括支架及安裝在所述支架上的磁場發(fā)生裝置、磁場移動機構(gòu)和磁場屏蔽機構(gòu)，所述磁場發(fā)生裝置包括線圈和導(dǎo)磁磁極，所述導(dǎo)磁磁極與所述磁場移動機構(gòu)連接，所述磁場屏蔽機構(gòu)安裝在所述支架上并對應(yīng)于所述樣品臺設(shè)置。3.如權(quán)利要求I或2所述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括電場響應(yīng)特性測試裝置，所述電場響應(yīng)特性測試裝置設(shè)置在所述真空腔內(nèi)并設(shè)置在所述樣品臺上方。4.如權(quán)利要求3所述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其特征在于，所述電場響應(yīng)特性測試裝置包括垂直電場施加平板和/或水平電場施加平板以及平板移動機構(gòu)，所述垂直電場施加平板和/或水平電場施加平板分別與所述平板移動機構(gòu)連接。5.如權(quán)利要求1、2或4所述的納米圖形化和超寬頻電磁特性測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括光響應(yīng)特性測試裝置，所述光響應(yīng)特...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韓秀峰，馬勤禮，于國強，劉厚方，余天，周向前，艾金虎，孫曉玉，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院物理研究所，北京匯德信科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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