本發(fā)明涉及納米材料性能原位檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于原位透射電子顯微鏡的納米材料交流電學性能測試裝置及方法。

背景技術(shù)：

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可分為：三維、二維、一維和零維。一維納米材料包括納米線、納米棒和納米帶等，其表面效應、量子尺寸效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應使其在納米電子器件方面承擔著重要角色。一維納米材料作為納電子器件的構(gòu)建基石，首先要對其電學性質(zhì)有一個全面的認識。

目前，基于半導體納米線的納米器件已被生產(chǎn)制作出來，但是其本身的一些電學性能還沒有被完全認識。在對單根納米線的電學測量中，構(gòu)建電極測試的方法主要有光刻加工電極測試法、聚焦離子束(FIB)沉積電極法、電子束誘導沉積(EBID)固定納米線法，由其獲得的I-V曲線進一步獲得電阻等電學參數(shù)的過程較為復雜，且性能參數(shù)信息較少。因此，如何在電極和納米線之間構(gòu)建一個穩(wěn)定的測試結(jié)構(gòu)、獲得較為全面的電學性能參數(shù)成為納米線電學性能測試的重中之重?，F(xiàn)有技術(shù)一般為直流測試，缺乏交流電的測試方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于原位透射電子顯微鏡的納米材料交流電學性能測試裝置及方法，通過對交流電學性能測試裝置施加交流信號，利用阻抗頻譜分析裝置進行分析，獲得電學性能曲線，解決了現(xiàn)有技術(shù)的不足。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：基于原位透射電子顯微鏡的納米材料交流電學性能測試裝置，其特征在于，包括納米線樣品、原位電學測試裝置和阻抗頻譜分析裝置；

所述原位電學測試裝置包括鎢探針和納米線樣品桿；納米線樣品可固定在納米線樣品桿；所述鎢探針通過納米微操縱桿控制與納米線樣品的接觸；鎢探針與納米線樣品接觸后，鎢探針、納米線樣品和阻抗頻譜分析裝置形成回路。

基于原位透射電子顯微鏡的納米材料交流電學性能測試方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

在透射電子顯微鏡的基礎(chǔ)上搭建交流電學性能測試裝置，制備納米線樣品，并將納米線樣品載入交流電學性能測試裝置的納米線樣品桿；利用納米微操縱桿控制鎢探針和納米線樣品的接觸狀態(tài)；在原位觀察鎢探針和納米線樣品接觸狀態(tài)的基礎(chǔ)上，利用阻抗分析裝置實時測試納米線樣品的電學參數(shù)，收集鎢探針與納米線樣品接觸前后的電學性能曲線。

進一步的，所述鎢探針和納米線樣品的接觸狀態(tài)包括鎢探針懸空和鎢探針與納米線樣品接觸。

進一步的，所述電學參數(shù)包括所測試頻率下的阻抗和電容。

有益效果：本發(fā)明提供的一種基于原位透射電子顯微鏡的納米材料交流電學性能測試裝置及方法，只需要將樣品載入搭建的交流電學性能測試裝置，通過施加測試的交流信號、控制納米微操縱桿來改變探針和樣品的接觸狀態(tài)，操作遠比其他方法簡單。由阻抗頻譜分析儀得到阻抗、電容等電學參數(shù)，具有直觀性和定量檢測的特性，且所得參數(shù)較為全面。操作簡單，測試結(jié)果直觀易讀。

本發(fā)明首次提出原位測試交流信號和觀察并行的測試裝置，操作過程簡單，測試結(jié)果具有直觀性和定量檢測的特性，且電學參數(shù)信息較為全面，可以廣泛應用于未來各種納米材料的電學性能測試。

附圖說明

圖1為實施例1和實施例2得到的測試結(jié)果；

圖2為實施例2中原位觀測ZnO納米線樣品與鎢探針接觸情況的實時截圖；

圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

如圖3所示為一種基于原位透射電子顯微鏡的納米材料交流電學性能測試裝置，其特征在于，包括納米線樣品、原位電學測試裝置和阻抗頻譜分析裝置；圖中虛線框內(nèi)的裝置及原位電學測量裝置(in situ electrical measurement probe)。

所述原位電學測試裝置包括鎢探針和納米線樣品桿；納米線樣品可固定在納米線樣品桿；所述鎢探針通過納米微操縱桿控制與納米線樣品的接觸；鎢探針與納米線樣品接觸后，鎢探針、納米線樣品和阻抗頻譜分析裝置形成回路。

所述納米線樣品桿為銅網(wǎng)，例如但不局限于碳膜或微柵。

基于原位透射電子顯微鏡的納米材料交流電學性能測試方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

在透射電子顯微鏡的基礎(chǔ)上搭建交流電學性能測試裝置，制備納米線樣品，并將納米線樣品載入交流電學性能測試裝置的納米線樣品桿；利用納米微操縱桿控制鎢探針和納米線樣品的接觸狀態(tài)；在原位觀察鎢探針和納米線樣品接觸狀態(tài)的基礎(chǔ)上，利用阻抗分析裝置實時測試納米線樣品的電學參數(shù)，收集鎢探針與納米線樣品接觸前后的電學性能曲線。

進一步的，所述鎢探針和納米線樣品的接觸狀態(tài)包括鎢探針懸空和鎢探針與納米線樣品接觸。

進一步的，所述電學參數(shù)包括所測試頻率下的阻抗和電容。

實施例1：

在透射電子顯微鏡(TEM)的基礎(chǔ)上搭建交流電學性能測試裝置，制備ZnO納米線樣品，并將樣品載入固定在交流電學性能測試裝置的樣品桿，控制納米微操縱桿使鎢探針懸浮，在原位觀察的基礎(chǔ)上，利用阻抗分析儀實時測試ZnO納米線樣品的電學參數(shù)，得到阻抗、電容等電學參數(shù)，收集鎢探針與納米線樣品接觸前后的電學性能曲線；

鎢探針和ZnO納米線接觸前，基于原位透射電子顯微鏡內(nèi)的交流電學性能的測試表征方法測試結(jié)果(頻率/阻抗/電容)如圖1中方形構(gòu)成的曲線所示。

圖中，橫坐標為頻率；右邊的縱坐標為電容，圖中下方的曲線以及左上角連接右下角的曲線，表示阻抗；左邊的縱坐標為阻抗，圖中上方的曲線以及右上角連接左下角的曲線，表示電容；圖中用圈畫出，并標示了方向的具體為：圓圈旁向右箭頭表示：這兩條曲線是右側(cè)的電容；圓圈旁向左箭頭表示：指向左側(cè)阻抗(這是專業(yè)內(nèi)常用表示方法)。

實施例2：

在透射電子顯微鏡(TEM)的基礎(chǔ)上搭建交流電學性能測試裝置，制備ZnO納米線樣品，并將樣品載入裝置，控制納米微操縱桿使鎢探針與ZnO納米線樣品接觸，在原位觀察的基礎(chǔ)上，利用阻抗分析儀實時測試ZnO納米線樣品的電學參數(shù)，得到阻抗、電容等電學參數(shù)，收集鎢探針與納米線樣品接觸前后的電學性能曲線；

鎢探針和ZnO納米線接觸后，基于原位透射電子顯微鏡內(nèi)的交流電學性能的測試表征方法測試結(jié)果(頻率/阻抗/電容)如圖1中圓形構(gòu)成的曲線所示；

原位觀測ZnO納米線樣品與鎢探針接觸情況，結(jié)果如圖2所示。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。