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微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和許多其他微尺度電子元件都需要精細(xì)操作和電性能探測(cè)。這些元件的分析在從學(xué)術(shù)研究到工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)和質(zhì)量控制的多個(gè)領(lǐng)域中具有重要意義。在這些情況下，通常需要在最短的時(shí)間內(nèi)獲得最佳結(jié)果。在本篇應(yīng)用介紹中，展示了在飛納臺(tái)式掃描電鏡（SEM）中進(jìn)行微觀表征和原位電性能探針測(cè)試的新方法，該方法能夠快速、精確地表征微尺度物件。

01 3D 打印微彈簧  和掃描電鏡微觀表征

Exaddon 提供獨(dú)特的增材微加工技術(shù)（μAM），用于生產(chǎn)具有優(yōu)良材料性能的微尺度組件，如微彈簧。這些微彈簧有多種用途，包括用作探針陣列的接觸點(diǎn)。Exaddon CERES μAM 系統(tǒng)能夠通過(guò)局部電沉積直接在芯片表面打印具有復(fù)雜幾何形狀的金屬物體。通過(guò)這種方法，陣列中的每個(gè)彈簧可以得到不同的圈數(shù)、垂直間距和螺距。

本篇應(yīng)用中，CERES μAM 系統(tǒng)被用在銅基板上 3D 打印微尺度銅彈簧。所制得彈簧高 90 微米，半徑 10 微米；金屬?gòu)椈山z的直徑小于 4 微米。表 1 總結(jié)了該微彈簧的物理性能和關(guān)鍵尺寸信息。

表1 

圖1 

圖1. 由 Exaddon CERES μAM 系統(tǒng) 3D 打印的微彈簧，與 Imina Technologies miBot 探針尖端接觸。(飛納臺(tái)式掃描電鏡 Phenom XL G2 拍攝）

02 在飛納電鏡中  對(duì)微彈簧進(jìn)行原位電性能測(cè)試

為了表征其電氣和物理特性，將 3D 打印的銅微彈簧放入飛納臺(tái)式掃描電鏡大倉(cāng)室 Phenom XL G2 中，并配備了來(lái)自 Imina Technologies 的集成原位電性能探測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由 3 個(gè) Imina Technologies miBot? 探針組成，能夠自由移動(dòng)并連接到顯微鏡外部的電控單元。電性能探測(cè)、數(shù)據(jù)收集和結(jié)果導(dǎo)出都可以通過(guò) Imina Technologies Precisio? 軟件進(jìn)行管理。

圖2

圖2. 放置在飛納電鏡樣品臺(tái)上的 Imina Technologies miBot 探針

飛納臺(tái)式大倉(cāng)室掃描電鏡 Phenom XL G2 集成的光學(xué)導(dǎo)航相機(jī)有助于 miBot 探針快速定位和接觸樣品。優(yōu)于 8nm 的分辨率，可以快速高清成像使探針準(zhǔn)確落在彈簧的接觸區(qū)域（約 15 微米），并實(shí)時(shí)觀察其變形情況。

圖3

圖3. 使用飛納臺(tái)式掃描電鏡 Phenom XL G2 對(duì)微彈簧進(jìn)行 SEM 的實(shí)時(shí)成像

為了表征微彈簧，將 miBot 探針尖端放置在彈簧的接觸區(qū)域，另一探針尖端接觸基板。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)探針尖端逐漸壓縮微彈簧時(shí)，記錄其 I/V 特性。該配置輕松測(cè)量了微彈簧的導(dǎo)電性，并確定了形成良好電接觸所需的變形量。

本應(yīng)用結(jié)合了 Exaddon、Imina Technologies  和飛納電鏡在銅微彈簧的生產(chǎn)、表征和成像方面的專業(yè)知識(shí)。Exaddon 提供了高質(zhì)量的 3D 打印微彈簧，隨后利用 Imina Technologies 的原位電性能探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了表征。整個(gè)實(shí)驗(yàn)在飛納臺(tái)式大倉(cāng)室掃描電鏡 Phenom XL G2 內(nèi)進(jìn)行，可以對(duì)樣品進(jìn)行快速導(dǎo)航，并且能夠?qū)ξ椈蛇M(jìn)行高分辨率 SEM 成像。