[发明专利]用于电子显微镜的操纵器载体

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在电子显微镜内操纵和测试微米和纳米级别的试样的系统。更具体地，本发明涉及一种用于电子显微镜的操纵器载体，一种将操纵器载体运送进电子显微镜内的系统、以及将本发明的操纵器载体运送进电子显微镜内的方法。

背景技术

由于扫描电子显微术（scanning electron microscopy，SEM）与原子力显微术相比而言提供低至几个纳米的图像辨析率和相对高的帧频，因此已将操纵器安装在扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）内以用于对纳米级别的试样进行分析、操纵或测试。举例而言，纳米操纵器被构建和用于位于SEM内的拉伸负荷单独碳纳米管中，以便表征它们的机械特性（M.-F. Yu, O. Lourie, M.J. Dyer, K. Moloni, Thomas F. Kelly, 和R.S. Ruoff, “Strength and breaking mechanism of multiwalled carbon nanotubes under tensile load,” Science, 卷287, 页数 637-640, 2000）。同样，在SEM内，采用微操纵器将预制光子板（photonic plate）组装成新颖的三维光子晶体（K. Aoki, H.T. Miyazaki, H. Hirayama, K. Inoshita, T. Baba, K. Sakoda, N. Shinya, 和Y. Aoyagl, “Microassembly of semiconductor threedimensional photonic crystals,” Nat. Mater., 卷 2, 页数 117-121, 2003）。美国专利No. 6,580,076公开了用于在SEM内以高可重复性来拾取与放置（pick-and-place）微型物体的微操纵方法。

由于前述赋予的能力，故自从20世纪70年代以来多个公司和大学实验室已经研发了用于SEM 的若干个纳米操纵系统。最初，操纵器被装配到SEM的样品更换室（J.B. Pawley, “A dual needle piezoelectric micromanipulator for the scanning electron microscope,” Rev. Sci. Instrum., 卷 43, 页数600-602, 1972）或者位于室壁上的真空馈入装置（I. Kawabata, Y. Nomura, 和S. Shuto, “Microdissection within SEM using new micromanipulator,” J. Electron Microsc, 卷30, 页数 85-88, 1981）。在这两种安装途径中，操纵器的XYZ驱动元件全部位于样品室的外部，而仅末端执行器（end effecter）插入内部。而且，它们都具有不论是样品更换室还是馈入装置都不能容纳一个以上的操纵器的局限。

由于SEM纳米操纵的很多应用需要两个或更多操纵器的协作，因此大多数现存的纳米操纵系统使多个操纵器装配到平台/固定装置上，所述平台/固定装置紧固到SEM内的样品载台上。美国专利No. 6,891,170和No.7,220,973 B2（Zyvex公司）公开了一种操纵系统，其包含被耦接到与显微镜载台界面接合的平台的一个或多个可拆卸的操纵器模块。在由Zyvex公司研发的若干纳米操纵系统中，举例而言，Zyvex S100系统含有四个纳米操纵器，并可用于表征纳米材料的物理特性（www.zyvex.com）。

欧盟专利No. DE102007035950和No. WO2008128532（Klocke Nanotechnik）公开了一种纳米机器人模块和一种用于将纳米机器人模块固定到真空载台的更换适配器。相似地，Kleindiek Nanotechnik GmbH、Attocube Systems AG以及SmarAct GmbH也给SEM纳米操纵系统提供了多个操纵器模块。