[发明专利]一种纳米图形化系统及其磁场施加装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米图形化和磁电高频特性测量系统，特别是一种可实现对微米或纳米图形化器件的磁电响应特性的测量研究的微米和纳米图形化系统及其磁场施加装置。

背景技术

自从1988年巨磁电阻(GMR)效应和隧穿磁电阻(TMR)效应发现以来，伴随着纳米薄膜材料制备以及微纳米加工技术的进步，自旋电子学作为一个新兴的学科取得了飞速发展，并极大的促进信息科学的进步。目前，纳米磁性材料与器件已经广泛应用于包括诸如电子、磁学、化学、生物等多个领域。而针对纳米磁性材料与器件的研究，已经成为凝聚态物理以及现代信息技术和工业生产中的核心问题之一。这也意味着，有关纳米磁性材料和器件的研究变成一个包含纳米微观结构成像、纳米图形化以及有磁场或电场参与的综合测量与分析的完备过程。

电子束曝光(electron beam lithography，EBL)系统是目前集成纳米结构制备和观测的重要设备之一，包含扫描电子显微镜(SEM)成像功能和电子束图形发生器，即利用聚焦电子束直接在抗蚀剂层上写出纳米图形。根据电子束束斑小和能量高的特点，利用电子束曝光系统可以制得5-10纳米线宽的纳米结构，是制作纳米材料和器件的理想方法。目前，最小线宽小于5纳米的纳米结构制备的世界纪录，是由德国Raith公司的EBL系统得以实现并保持至今。尽管部分EBL系统引入了电信号测量功能的探针臂，但是，目前EBL系统还无法实现对纳米材料和器件的直接观测与原位电、磁信号操控及测量上的相互兼容。其瓶颈问题主要是因为：EBL系统中用于曝光和成像的电子，会在原位测量样品用的外加磁场或电场的作用下发生偏转，因而会严重干扰和影响电子束的聚焦与扫描。为了解决以上的问题，我们在专利号为“201120265595.5”，名称为“纳米图形化和超宽频电磁特性测量系统”的中国实用新型专利中提出了在EBL系统中引入磁场。但该磁场发生装置无法实现局部区域的磁场/电场的定位引入。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米图形化系统及其磁场施加装置，可以实现在SEM成像或EBL图形化功能的成像功能的基础上的局部区域的磁场的定位引入。

为了实现上述目的，本发明提供了一种纳米图形化系统的磁场施加装置，其中，包括电源、磁场产生装置和一对磁极，所述磁场产生装置包括线圈和导磁软铁芯，所述电源与所述线圈连接，所述线圈缠绕在所述导磁软铁芯上以产生磁场，所述导磁软铁芯为半闭合框形结构，所述磁极分别安装在所述半闭合框形结构的两末端，所述纳米图形化系统的真空腔内设置有样品台，所述磁极相对于所述样品台设置在所述真空腔内，所述线圈和所述导磁软铁芯设置在所述真空腔外，所述导磁软铁芯将所述线圈产生的磁场引导进入所述真空腔内，所述磁极用以对所述样品台上的样品进行定位以及局域磁场的施加。

上述的磁场施加装置，其中，所述磁极为伸缩式结构，所述伸缩式结构的磁极相对于所述样品台分别具有一伸出位置和收回位置。

上述的磁场施加装置，其中，所述磁极通过一波纹管与所述导磁软铁芯的末端连接，所述磁极相对于所述样品台分别具有一伸出位置和收回位置。

上述的磁场施加装置，其中，所述磁极为探针式结构，所述探针式结构的端部具有一向下弯曲的弧度。

上述的磁场施加装置，其中，所述磁极为薄片式结构以施加大范围均匀磁场，所述薄片式结构的磁极的上表面具有一下凹的弧面。

上述的磁场施加装置，其中，所述磁场施加装置还包括一电场施加装置，所述电场施加装置包括电场施加电源和绝缘体，所述绝缘体分别设置在所述导磁软铁芯和所述磁极之间，所述电场施加电源分别与所述磁极连接，以实现对所述样品的定位以及局域电场的施加。

上述的磁场施加装置，其中，所述电场施加电源为直流或交流电压，以实现直流电场或交流电场的施加。

上述的磁场施加装置，其中，所述导磁软铁芯和所述磁极均采用非磁性导磁材料以减少所述真空腔内的杂散场。

上述的磁场施加装置，其中，所述磁极的尖端为平面结构、球面结构或凹陷的弧面结构。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种纳米图形化系统，包括真空腔、样品台和磁场施加装置，所述样品台设置在所述真空腔内，所述磁场施加装置对应于所述样品台设置，其中，所述磁场施加装置为上述的磁场施加装置。