透射电镜原位样品杆加热芯片设计原理解析

引言

在上一篇文章《透射电镜原位样品杆加热功能 4 大特性解析》里，羞羞软件免费下载以 Wildfire 原位加热杆为例，为大家详细介绍了 DENS 样品杆加热功能在控温精准、图像稳定、高温能谱、加热均匀四个方面的具体表现。通过这篇文章，相信大家对 MEMS 芯片的优良性能有更进一步的了解。

 本文将以透射电镜原位样品杆加热芯片的改变为例，与大家深入探讨芯片加热设计具体的变化细节。 

01. 加热线圈的变化

1.1 线圈尺寸缩小，“鼓胀”现象得到明显抑制

图 1：新款芯片

图 2：旧款芯片

仔细观察上图中两款芯片的加热区，可以发现新款芯片的加热线圈要明显比旧款小很多。再观察下面的特写视频羞羞软件免费下载可以看到，加热线圈的形状也有明显变化。新款的是圆形螺旋，旧款的是方形螺旋。

线圈尺寸缩小后，加热功率减小，由加热所导致的“鼓胀”现象也会得到抑制。所谓“鼓胀”是指芯片受热时，支撑膜在 Z 轴方向上的突起。在透射电镜中原位观察样品时，支撑膜的突起会使得样品脱离电子束焦点，导致图像模糊，不得不重新调焦；甚至有时会漂出视野，再也找不到样品。这样一来，就会错失原位变温过程中那些瞬息即逝的实验现象。

1.2 加热时红外辐射减少

尺寸缩小、加热功率减小，所带来的另一个好处就是加热时红外辐射减少，从而对能谱分析的干扰就会降低。这意味着即便在更高温度下，依然能够进行稳定可靠的能谱分析。

图 3：使用新款芯片时，铂/钯纳米颗粒在高温下的能谱结果。

1.3 温度均匀性提升

此外，形状从方形变为圆形，优化了加热区域的温度分布情况，温度均匀性更好，可以达到 99.5% 的温度均匀度。

图 4：新款芯片加热时的温度分布情况

02. 电子透明窗口的变化

2.1 电子透明窗口种类多样化

除了线圈尺寸、形状不同之外，新旧两款芯片所用来承载样品的电子透明窗口也明显不同。旧款设计中，窗口都是形状相同的长条，分布在方形螺旋之间。而在新款设计中，窗口种类则更加多样化，根据形状和位置不同可分为三类窗口，适用于不同的制样需求。

图 5：新款芯片中透明窗口分三类，可以适用于不同的样品需求。

红色窗口：圆形窗口，周围宽敞，没有遮挡，适合以各种角度放置 FIB 薄片。

蓝色窗口：位于线圈最中心，加热均匀性最好，周围的金属也可以抑制荷电，适合对温度均匀性要求很高的原位实验，也适合放置易荷电的样品。

绿色窗口：长条形窗口，和 α 轴垂直，在高倾角时照样可以观察样品，适合 3D 重构。 

总结

通过以上图文，羞羞软件免费下载为大家介绍了采用创新设计之后新款芯片的四大优势，全文小结如下：

1. “鼓胀”更小，原位加热时图像更稳定，便于追踪瞬间变化过程。

2. 红外辐射更少，在 1000 ℃ 时，依旧可以进行可靠的能谱分析。

3. 优化线圈形状，抵消了温度梯度，提升了加热区域的温度均匀性。

4. 加热区有三种观察孔，分别适用于 FIB 薄片、超高均匀性受热、大倾角 3D 重构等不同需求。此外，优化后的窗口几何不仅便于薄膜沉积，还可消除滴涂时的毛细效应。这些针对不同需求的细节设计都使得制样更加便捷、高效。