[发明专利]一种电子显微镜原位力学性能测试芯片及其制作方法

权利要求书

1.一种电子显微镜原位力学性能测试芯片，其特征在于，该芯片在单晶硅片上形成两部分：一部分为固定端，通过固定件安装孔固定在电镜样品杆或支架上；另一部分为运动端，运动端通过与施力端连接件连接施加力的部件；固定端和运动端两部分通过相互配合的凹/凸部分相扣在一起，实现对样品载荷的施加。

2.按照权利要求1所述的电子显微镜原位力学性能测试芯片，其特征在于，固定端包括：利用焦耳热效应给样品加热的铂电极、保证样品单轴拉伸的支撑梁、读取样品位移的标记、计算应力应变的力传感器梁、样品台、电极块，其具体结构如下：单晶硅片上相对设置样品台，每个样品台上设置铂电极，每个铂电极分别通过线路与电极块连接，相对设置的两个铂电极上设置样品，样品的两端侧面分别对应设置位移标记一、位移标记二，支撑梁的外侧设置与运动端连接件。

3.按照权利要求2所述的电子显微镜原位力学性能测试芯片，其特征在于，为了保证测试时样品单轴受力，在固定端设置2～8组支撑梁。

4.按照权利要求2所述的电子显微镜原位力学性能测试芯片，其特征在于，固定端设置力传感器梁，对样品施加载荷后，芯片会发生变形，通过样品本身传输到力传感器梁上，使力传感器梁发生变形；作用在样品上的力F等于力传感器梁的弹簧常数乘以其变形量d，变形量d通过低倍电镜观察得到。

5.按照权利要求2所述的电子显微镜原位力学性能测试芯片，其特征在于，样品两端的位移标记一、位移标记二读取样品两端的位移，两者之差为样品的变形量，样品两端位移通过低倍电镜观察得到。

6.按照权利要求1所述的电子显微镜原位力学性能测试芯片，其特征在于，固定端与运动端相扣之后，固定端与运动端之间存在一个间隙。

7.一种权利要求1至6之一所述的电子显微镜原位力学性能测试芯片的制作方法，其特征在于，在双面抛光单晶硅片的两侧沉积氮化硅，一侧利用紫外光刻技术和物理气相沉积技术沉积铂电极，而后进行深硅刻蚀；另一侧进行等离子体刻蚀，将氮化硅刻出所需图形，利用湿法刻蚀将硅刻蚀掉，直到两侧湿法刻蚀和深硅刻蚀的硅片接触到，最后利用金属掩膜板沉积钝化层，防止铂电极与金属接触，从而实现加热和加力，对待测样品进行显微结构演化分析。

8.按照权利要求7所述的电子显微镜原位力学性能测试芯片的制作方法，其特征在于，固定端的制作步骤如下：

(S1)选取厚度在300～500μm的双面抛光单晶硅片，在单晶硅片的两侧分别利用低压力化学气相沉积技术或等离子体增强化学气相沉积技术沉积一层厚度500nm～2μm的氮化硅薄膜；

(S2)在单晶硅片的一侧旋涂光刻胶，进行紫外曝光、显影，而后，利用物理气相沉积技术沉积一层50～200nm厚的铂电极，而后去掉光刻胶；

(S3)在沉积铂电极的一侧再旋涂一层光刻胶，进行紫外曝光、显影，得到支撑梁、力传感器梁、位移标记和样品台的刻蚀图形；

(S4)对单晶硅片有光刻胶的一侧进行深硅刻蚀，刻蚀深度3～100μm，之后去掉光刻胶，这样，所需支撑梁、力传感器梁、位移标记和样品台的刻蚀图形复刻到单晶硅片的一侧；

(S5)在单晶硅片的另一侧旋涂光刻胶，使用所需图形进行紫外曝光、显影，然后用反应离子刻蚀将有光刻胶一侧的氮化硅刻蚀出所需图形，之后去掉光刻胶；

(S6)采用质量分数为20～40％的KOH和质量分数为7～8％的异丙醇混合水溶液作为侵蚀液，刻蚀温度为70～90℃；使用湿法刻蚀对单晶硅片进行刻蚀，直到深硅刻蚀的支撑梁、力传感器梁、位移标记和样品台暴露出来；

(S7)利用金属掩膜板在铂电极一侧通过物理气相沉积技术沉积50～300nm钝化层，钝化层为氮化硅或氧化铝。

9.一种权利要求1至6之一所述的电子显微镜原位力学性能测试芯片的应用，其特征在于，该芯片配合聚焦离子束、飞秒激光切割加工技术，实现待测样品的转移。