[发明专利]原位加热芯片及其制造方法

说明书

本发明的原位加热芯片及其制造方法，能够在很小的范围内进行加热并能够实现较高的温度梯度。原位加热芯片(100)包括：由硅构成的基片；形成在基片的至少1个主面上的二氧化硅层；和形成在二氧化硅层上的氮化硅层，原加热芯片(100)形成有通过除去基片而保留至少1个氮化硅层而成的加热微区薄膜窗口，在加热微区薄膜窗口形成有至少2个能够独立地加热的加热区域，在每个加热区域，在氮化硅层上形成有金属薄膜电阻图案(102)和与金属薄膜电阻图案(102)电连接的多个电极(102‑1、102‑2、102‑3、102‑4)，在至少2个加热区域的每个加热区域之间，形成有由多个贯通加热微区薄膜窗口的贯通孔构成的镂空阵列(103)。

技术领域

本发明涉及透射电子显微镜的样品预载芯片，具体涉及用于透射电镜样品杆的、具有样品加热功能的原位加热芯片及其制造方法。

背景技术

电子显微镜的发明使得人们对于物质的微观结构认知有了质的飞越，它具有很高的分辨率和放大倍数，广泛应用于科学研究各个领域，其可以结合不同的附件(X射线能谱分析(EDS)、电子能量损失谱(EELS)等)，同时提供形貌、成分、结构信息、揭示物质内部的微细观结构，是人们了解、认识事物微观结构不可缺少的工具。

但是随着透射电镜的发展，分辨率已达到一个极限，如何在透射电镜里发展原位实验成为下一步重点发展的目标。原位实验是指通过在样品上施加各种物理作用(如力学、电学、光学、热学、磁学等)，利用透射电子显微镜(TEM)来观察材料的微观结构和化学状态的变化，与静态实验相比，原位动态研究可以更好模拟出材料使用的真实条件，直观地研究材料或器件在实际使用过程中的性能表现，揭示出相应的物理机制，使TEM不再仅仅是材料结构表征的工具，还是实现性能测试等的重要手段。因为要避免对电镜本身做改动、减小风险，原位电镜技术的进展主要体现在原位样品杆以及原位芯片的研究和制作上面。

发明内容

本发明要解决的技术问题

透射电子显微镜(TEM)可以观测材料的微观结构，但是现在越来越多的材料学研究需要对材料施加多种物理作用，这就需要在温度方面对样品进行原位调控。

通常的温度控制是应用温控仪(例如Lakeshore公司的334型温控仪)来进行控温，这样的温控有一个热敏电阻测量温度，另外有一个加热丝组件对温度进行控制。应用这样的温控手段对透射电镜样品杆进行温控最多可以加热到400K的温度，因为温度再高会影响样品杆的可靠性，也会影响电镜的工作。如果需要加热到更高的温度，不能采用这种传统的温控方式，必须将高温区域限制在一个非常小的范围内，只局域加热样品，对其它部分基本没有加热效果。另外，现有技术中的整体式的加热温控方式并不能产生较高的温度梯度，而在材料学研究中温度梯度也是重要的调控手段之一。

本发明是针对上述问题做出的，其目的在于提供一种适用于透射电镜的温控的原位加热芯片及其制造方法，该原位加热芯片能够在很小的范围内进行加热，并能够实现较高的温度梯度。

解决技术问题的技术方案

本发明的第一方面涉及一种原位加热芯片，其包括：由硅构成的基片；形成在所述基片的至少1个主面上的二氧化硅层；和形成在所述二氧化硅层上的氮化硅层，所述加热芯片形成有通过除去所述基片而保留至少1个所述氮化硅层而成的加热微区薄膜窗口，在所述加热微区薄膜窗口形成有至少2个能够独立地加热的加热区域，在每个所述加热区域，在所述氮化硅层上形成有金属薄膜电阻图案和与所述金属薄膜电阻图案电连接的多个电极，在所述至少2个加热区域的每个加热区域之间，形成有由多个贯通所述加热微区薄膜窗口的贯通孔构成的镂空阵列。

本发明的第二方面的原位加热芯片，是在第一方面的原位加热芯片中，所述加热微区薄膜窗口的厚度小于2微米。

本发明的第三方面的原位加热芯片，是在第一或第二方面的原位加热芯片中，金属薄膜电阻图案由钼构成，包括多个彼此串联连接的圆弧状图案。