应用于TEM进行原位电化学反应测量的芯片

摘要

本发明公开了一种应用于TEM进行原位电化学反应测量的芯片，其包括基底以及设置于基底上端面的第一、第二电极，所述第一电极具有开口部，所述第二电极一端部具有一个以上贯穿所述第二电极的观测窗口，至少是所述第二电极的一端部设于所述开口部内，且所述第二、第一电极之间无直接接触。本发明的芯片的结构简单，易于制作，且其两个电极之间的距离可以精确控制，成品率高，性能稳定，同时其观测电极上具有多个窗口，窗口边缘均为观测点，观测点比较多，更容易寻找样品，而利用本发明的芯片工作时，只要将正、负极分别放置在第二电极的窗口处和第一电极上，在该两电极间滴加电解液后即可组成正常工作的电池或电容器，原位观测其化学反应，操作简单。

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体芯片，特别是一种应用于TEM进行原位电化学反应测量的芯片。

背景技术

透射电子显微镜(TEM)用聚焦电子束作照明源，使用对电子束透明的薄膜试样，以透过试样的透射电子束或衍射电子束所形成的图像来分析试样内部的显微组织结构。TEM是观察和分析材料的形貌、组织和结构的有效工具，已被广泛的应用于科学研究及工业领域。随着技术的发展，仅仅得到材料原子级高分辨率、样品表面形貌和化学元素能谱等信息等已经不能满足人们的需要，研发人员希望能看到整个反应或生物生长过程。因而产生了TEM原位测试技术，即实时的、在线的、将待测目标置于原有体系中进行TEM检测。

丘勇才等研究人员设计了一种TEM原位电化学芯片(参阅图1)，并以该芯片对锂硫电池的反应机理做了研究。但该芯片在使用时需手工搭金线于两电极之间，很难精确控制搭金线后，金线与对电极间的距离在40微米左右，其操作困难，成品率低，此外，观测点仅分布在金线上，样品可测试点相对少，不易于找到理想样品进行观测。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种应用于TEM进行原位电化学反应测量的芯片，藉此芯片可以很方便的组装出正常工作的电池和电容器，并克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明实施例公开了一种应用于TEM进行原位电化学反应测量的芯片，其包括基底以及设置于基底上端面的第一电极和第二电极，所述第一电极具有开口部，所述第二电极一端部具有一个以上贯穿所述第二电极的观测窗口，至少是所述第二电极的一端部设于所述开口部内，且所述第二电极与第一电极之间无直接接触。

在一些实施方案中，所述的芯片包括形成在所述基底上的电极层，所述电极层包括所述第一电极和第二电极。

进一步的，所述电极层与所述基底之间还分布有绝缘层。

进一步的，所述第二电极具有两个以上观测窗口。

例如，所述第二电极具有1～500个观测窗口。

在一些实施方案中，所述观测窗口垂直贯穿所述第二电极，且所述观测窗口具有梯形截面，其内壁与水平面的夹角为20～70°。

在一些实施方案中，在所述开口部内，所述第二电极的外周缘部与所述开口部的内周缘部之间的距离为1～3000μm。

在一些实施方案中，所述第二电极整体分布于所述开口部内。

其中，所述第一电极为对电极，所述第二电极为观测电极。

在一些实施方案中，所述基底包括P型、N型或本征硅片，但不限于此。

在一些实施方案中，所述绝缘层的材质包括氧化硅、氮化硅或氧化铝，但不限于此。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)该应用于TEM进行原位电化学反应测量的芯片的结构简单，易于制作，且其两个电极之间的距离可以精确控制，成品率高，性能稳定，同时其观测电极上具有多个窗口，窗口边缘均为观测点，观测点比较多，更容易寻找样品；

(2)利用该应用于TEM进行原位电化学反应测量的芯片工作时，只要将正、负极分别放置在观测电极的窗口处和对电极上，在该两电极间滴加电解液后即可观测，操作简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有TEM原位电化学芯片的应用原理图；

图2是本发明一典型实施例中一种应用于TEM进行原位电化学反应测量的芯片的俯视图；

图3是图2所示芯片中的电极结构示意图；

图4是图2所示芯片中窗口的剖面结构示意图；

图5是图2所示芯片的主视图；

附图标记说明：芯片基体10、电极20、电极30、金线40、基底1、电极层2、第一电极21、第二电极22、窗口3、绝缘层4。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。但需要说明的是，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

请参阅图5所示，本实施例公开了一种应用于TEM进行原位电化学反应测量的芯片，包括基底1以及设置于基底上端面的电极层2，所述电极层2与所述基底1之间还分布有绝缘层4。

其中，所述基底1可以是硅片，例如可以是P型、N型、本征硅片等。

其中，所述绝缘层可以为氧化硅、氮化硅、氧化铝及其它绝缘层。

其中，所述电极的材质可以是金、铜、铝、合金等导电金属的一种或多种。

其中，所述绝缘层可以是通过物理气相沉积、化学气相沉积等业界已知的方式于基底上生长形成。

其中，所述电极可以是通过溅射、物理/化学气相沉积等业界已知的方式制作形成。

进一步的，所述电极层包括第一电极21(对电极)和第二电极22(观测电极)。

其中，所述第一电极具有开口部，所述第二电极一端部具有一个以上贯穿所述第二电极的观测窗口，至少是所述第二电极的一端部设于所述开口部内，且所述第二电极与第一电极之间无直接接触。

例如，请参阅2-图3，所述第二电极22整体分布于所述第一电极21的开口部内。

进一步的，在所述开口部内，所述第二电极的外周缘部与所述开口部的内周缘部之间的距离为1～3000μm。例如参阅图3，d1为1～3000微米，d2为1～3000微米，d3为1～3000微米。

进一步的，所述第二电极具有一个以上观测窗口，优选为1-500个观测窗口。

进一步的，所述观测窗口的形状可以为方形、圆型、不规则形状等。

请参阅图4，所述观测窗口垂直贯穿所述第二电极，且所述观测窗口具有梯形截面，其内壁与水平面的夹角为33°。

其中，所述第一电极与第二电极的材质可以是金、铜、铝、合金等导电金属。

本实施例的芯片中，观测电极与对电极之间距离固定，性能稳定。而由于观测电极上有多个窗口，窗口边缘都为观测点，观测点比较多，更容易寻找样品。

同时，本实施例的芯片制作简单，只需直接将两个电极全部制作好，并留下观测窗口，使用者不需要再手工搭金线，两个电极间的距离也可以精确控制，成品率提高。

而利用本实施例的芯片工作时，只需将正负极分别放置在观测电极的观测窗口处和对电极上，在两电极间滴加电解液后，即可观测，操作简单。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。