Методическая статья

Подготовка образцов и измерения сопротивления для трансмиссионной электронной микроскопии при нагреве и электрическом смещении

DOI:

10.3791/68886

⸱

26 июня 2026 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Max Planck Institute for Sustainable Materials, 2Pukyong National University, 3Leibniz Institute for Solid State and Materials Research, 4DENSsolutions B.V.

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Представлен уникальный метод подготовки образцов трансмиссионной электронной микроскопии (TEM) на микроэлектромеханических системах (MEMS) чипах. Электрические контакты наносятся с помощью сфокусированного ионного пучка, сопротивление минимизируется за счёт нагрева внутри микросхемы, и оцениваются по различным размерам образца, что позволяет проводить измерения электрической проводимости при разных температурах во время наблюдений TEM in situ .

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Характеристика микроструктур материалов крайне важна для понимания взаимосвязей с их свойствами. Однако микроструктура может подвергаться изменениям при работе при повышенных температурах и электрическом смещении. Такие условия стандартны для термоэлектрических устройств, которые генерируют электричество за счёт температурного разницы. Для характеристики этих микроструктурных изменений in situ в трансмиссионном электронном микроскопе (TEM) была использована коммерциализированная технология на базе MEMS. Операционные условия термоэлектрических устройств, такие как тепловые нагрузки и электрическое смещение, могут быть воспроизведены чипами во время наблюдений TEM in situ . Здесь мы демонстрируем наш подход к подготовке образцов TEM на микросхемах in situ MEMS, подходящих для нагрева и смещения, с использованием сфокусированного ионного пучка (FIB). Образец сначала извлекается из крупного материала и соединяется с положительным и отрицательным электродами чипа. Контакты устанавливаются путём осаждения ионным пучком композита Pt-C. Наконец, образец TEM разбавливают непосредственно на чипе с помощью FIB. Для измерения электрических свойств образца TEM между двумя электродами подаётся напряжение. Измеряется ток через образец для определения общего сопротивления при каждой температуре. Затем сопротивление образца и контактное сопротивление определяются по измеренным сопротивлениям при разных размерах образца на разных стадиях истончения FIB. Результаты показывают, что нагрев до 200 °C снижает контактное сопротивление после каждого разреживания FIB. После отжига контакта электрическое сопротивление можно надёжно измерить с помощью представленного подхода от высокой температуры до комнатной, без влияния контактного сопротивления.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Поскольку микроструктура большинства материалов играет критическую роль в их характеристиках и стабильности свойств материала, важно понимать механизмы, с помощью которых может изменяться микроструктура, и их влияние на свойства. Микроструктурные изменения, вызванные нагревом или электрическим смещением образца, можно изучать с помощью ex situ характеристики1. В этом подходе свойства материала сначала измеряются под воздействием тепла и смещения, а затем анализируют микроструктуру.

Чтобы зафиксировать динамические микроструктурные изменения при повышенных температурах, наблюдение необходимо проводить на месте. Измерения in situ обычно означают изучение образца во время воздействия контролируемого стимула или среды, отражая определённые этапы синтеза материала или работы устройства. Это позволяет напрямую наблюдать микроструктуру во время нагрева образца до рабочих температур. Этот подход позволяет корреляцию микроструктурной эволюции с влиянием температуры или смещения 2,3. Кроме того, кинетика изменений микроструктуры, а также стабильность некоторых микроструктур4 могут быть зафиксированы во время процессанагрева 5 с помощью экспериментов in situ.

Помимо измерений in situ, операционные измерения дают представление о том, как образец реагирует и развивается в реальных условияхработы 6. Хотя термины in situ и operando experiments часто используются взаимозаменяемо, операндо-измерения обычно интегрируют in situ микроскопические наблюдения с измерениями производительности устройства или свойств материалов, например, электрической проводимости. Микроскопия in situ и operando широко применялась для изучения материалов в различных энергетических областях, включая термоэлектрические (TE)7,8, батареи 9,10,фотоэлектрические 11 и катализаторы12,13.

Для in situ и operando трансмиссионной электронной микроскопии (TEM) и сканирующей TEM (STEM) характеристики доступны различные микроэлектромеханические системы (MEMS). Несколько коммерческих компаний, включая DENSsolutions14, 15, Protochips16, 17 иHummingbird 18, предлагают MEMS-чипы для выполнения различных задач, таких какнагрев 19,20, охлаждение21, электрическое смещение20 и воздействие образца газов14,22 илижидкости 14,22.

При подготовке (S)TEM образцов крайне важно обеспечить прозрачность электронов для всех полученных образцов. FIB позволяет осуществлять селективную экстракцию по месту путём измельчения ламеллы из насыпного материала. Ламелла приваривается к обычной сетке TEM или MEMS-чипу (для исследований in situ), где её можно дополнительно разбавить до получения прозрачности электронов. В литературе17, 23, 24, 25, 26, описано несколько методов подготовки образцов микросхем MEMS in situ на основе FIB. Многие методы использовали традиционную процедуру FIB для удаления поперечного сечения из основного образца и прикрепления ламелли к обычной сетке TEM. После этого ламелла переносилась на MEMS-чип и укладалась на негоровно 25, или ламелла передаётся на MEMS-чип после истончения, где она затем контактирует с платиной (Pt) для электрического подключения кчипу 26,27. Миненков и соавторы продемонстрировали передачу FIB механически отполированного план-вида образца на чипMEMS 28.

Однако все эти методы связаны с переносом разбавленной ламелли на MEMS-чип и сталкиваются с типичными трудностями. Одна из проблем в том, что разбавленные ламелли могут быть хрупкими и получать механические повреждения при переносе. Кроме того, поверхность ламелли подвергается непосредственному повреждению ионным пучком во время процесса переноса, тогда как дальнейшие этапы очистки могут быть невозможны при контакте образца с микросхемой MEMS. Такое воздействие имплантации ионов Ga может изменитьмикроструктуру 29 и вызвать артефакты в оперативных измерениях свойств материала.

Для решения таких проблем Зинтлер и др. предложили метод подготовки FIB с использованием предварительного разрежения до толщины 300–400 нм, а затем прямого разрежения чипа. Srot и др.17 и Almeida et al.31 представили прямую передачу поперечных сечений объёмного образца на in situ MEMS-чип и прямое разреживание чипа без этапов предварительного разрядения. Эти методы предотвращают вышеупомянутые проблемы, особенно загрязнение образцов.

В TE материалах производительность и стабильность свойств имеют решающее значение. Поэтому важно понять механизмы, с помощью которых может изменяться микроструктура, и их влияние на свойства. В этой работе использовался материал Zn4Sb3 TE для демонстрации целесообразности этого метода. Материалы TE используют температурный градиент между горячей и холодной сторонами для прямого преобразования тепла в электрическуюэнергию 32,33. Эффективность этого преобразования энергии определяется безразмерной фигурой заслуг (zT),

figure-introduction-1 (1)

где S — коэффициент Зеебека, электрическая проводимость, T — температура, k — теплопроводность.

Среди этих параметров транспортные свойства можно эффективно настроить с помощью микроструктурной инженерии TE-материалов, включаядислокации 4, разломыукладки 34, границызерен 35, 36, 37, 38 иосадки 39,40. Электронная микроскопия широко используется для характеристики микроструктуры ТЭ-материалов. На микроуровне методы, основанные на сканирующей электронной микроскопии (SEM)41,42, обычно применяются для анализа структуры зерен и крупных вторичных фаз вматериалах 43. Для разрешения нанофаз и изучения атомной структуры дефектов и интерфейсов требуется характеристика с помощью TEM иSTEM 39,44,45,46.

Материалы TE обычно эксплуатируются при температуре окружающей среды до нескольких сотен градусов Цельсия, поэтому их транспортные свойства оцениваются в диапазоне температур, в котором материал предназначен для работы. Кроме того, материалы TE подвергаются термическому циклу, что может привести к разрушению свойств, включая снижение электрическойпроводимости 47. Также сообщалось, что тепловые разряды на горячей стороне устройства приводят к увеличению электрического сопротивления при долгосрочных экспериментах с повторяющимися тепловымициклами 48.

В этой работе представлен оптимизированный протокол подготовки образцов на основе FIB для in situ (S)TEM в геометрии план-вида на MEMS-чипах для электрических измерений. Выполняя всё истончение на чипе MEMS, этот метод избегает риска механических поломок или артефактов, вызванных повреждениями ионным пучком. Кроме того, представлен протокол для проведения электрических измерений в условиях нагрева оперондо для изучения температурно-зависимого поведения транспорта. Для определения природного электрического сопротивления образца в двухзондовой установке проводились электрические измерения на трёх этапах истончения FIB, где размеры образца (в первую очередь толщина) варьировались. Этот метод предоставляет основу для корреляции структурных, композиционных и электрических свойств на наноуровне с помощью измерений in situ и operando .

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Извлечение и перенос образца TEM на микросхему MEMS

  1. На первом этапе загрузите MEMS-чип вместе с объёмным образцом, из которого будет извлечен образец TEM, в FIB. При работе с MEMS-чипом используйте пинцет с округлыми, непроводящими наконечниками (например, углеродными), чтобы предотвратить зарядку. Кроме того, другой прямой пинцет с углеродными (непроводящими) наконечниками может быть полезен для следующих шагов (рисунок 1A, B).

figure-protocol-1
Рисунок 1: Обзор инструментов и MEMS-чипов. (A) и (B) пинцет с углеродными/непроводящими наконечниками, (C) стандартный заглушка SEM, (D) заглушка SEM с Cu-tape и чипом MEMS, и (E) дополнительная алюминиевая фольга. Также показаны (F) передняя сторона держателя FIB с претилтом с заглушкой SEM и (G) электронные окна на чипе MEMS. Размеры электронно-прозрачных окон в (G) составляют 2 мкм (1), 6 мкм (2) и 10 мкм (3). Размеры выборки TEM должны быть 10 мкм (1), 18 мкм (2) и 26 мкм (3). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

  1. Используйте стандартный заглушка SEM (рисунок 1C), на которую будет установлен чип MEMS.
  2. Прикрепите двустороннюю клеевую Cu-ленту на плоской поверхности заглушки SEM.
  3. Теперь достаните чип MEMS из коробки с помощью пинцета с округлым наконечником и прикрепите его к Т-образному штифту с Cu-лентой. Выровняйте чип так, чтобы логотип компании находился в верхней части T-образного штифта (рисунок 1D).
    ВНИМАНИЕ: Следующий шаг следует делать аккуратно.
  4. Вырежьте небольшой кусочек алюминиевой фольги, который можно сложить посередине для лучшего контакта с MEMS-чипом. Размер должен быть достаточным, чтобы покрыть чип MEMS и часть Cu-tape, так как альфольга будет приклеена к ней с обеих сторон и под чипом (рисунок 1E).
    1. Аккуратно расположите альфольгу над чипом MEMS и как можно ближе к подвешенной мембране SiN. Не закрывайте эту подвешенную мембрану (рисунок 1F), так как это может привести к разрыву мембраны микросхемы. Образец TEM будет прикреплён к чипу над одним из готовых отверстий мембраны между смещёнными электродами (рисунок 1G).
  5. Вентилируйте микроскоп FIB для введения образца.
  6. Аналогично микросхеме MEMS, объёмный образец поместите на другой SEM-заготовку или другой держатель образца. Затем расположите поверхности объёмного образца и MEMS-чипа горизонтально относительно этапа (геометрия плана).
  7. Теперь вставьте сцену обратно, закройте дверь и накачите камеру, чтобы восстановить вакуум.
  8. Начинайте операцию FIB. Для этого инициализируйте источник электрона и ионов.
  9. Сначала проверьте MEMS-чип с изображением вторичного электрона (SE), чтобы убедиться, что чип не повреждён. Особенно необходимо проверить контакты на чипе и мембране SiN, так как она очень тонкая (1 мкм).
  10. После этого переместите этап для изображения основной выборки и определите область или область интереса (ROI).
  11. Настройте образец на эуцентрическую высоту, чтобы возврат отдачи оставался в центре как для изображений электрона, так и для ионных изображений.
  12. Затем наклоните ступень на 52° (что соответствует 0° относительно угла ионного пучка).
    ПРИМЕЧАНИЕ: При использовании ионного пучка для визуализации ток всегда должен быть установлен на уровне менее 30 пА, в зависимости от материала (для образцов, чувствительных к лучу, даже 10 пА и ниже), чтобы защитить поверхность, и применяется напряжение 30 кВ. При каждом выполнении схемы фрезера ионный пучок останавливается, и используются только снимки с очень коротким временем для корректировки положения или фокусировки при этих высоких токах перед началом схемы для фрезера или осадки. Если поверхность образца необходимо защитить от ионного пучка, теперь можно использовать тонкий защитный слой из C- или Pt-осаждения, но для этого метода он не требуется. На этом этапе можно провести помилование, то есть образец TEM вырезают из объёмного образца и переносят на микросхему MEMS. Размеры обычно составляли 5 мкм x 12 мкм (рисунок 2A). Следует учитывать площадь, превышающую ROI, поскольку небольшая часть боковых сторон образца может быть измельчена из-за токов, используемых для грубой обработки.

figure-protocol-2
Рисунок 2: Объёмная обработка ламелли. Размеры образца TEM план-вид на SEM-изображении. (A) Шаблоны для «верхней» и «нижней» грубой фрезерной обработки, а также (B) для «правых» и «левых» фрезерных схем. (D) Наклонные стороны после (C) грубой фрезерной обработки выравниваются другим фрезером со всех четырёх сторон, и (E) затем становятся плоскими. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

  1. Сначала измельчите «верхную» часть с размерами примерно 13 мкм в направлении x и 14 мкм в направлении y с глубиной (z-значением) 10 мкм (рисунок 2A). Используйте схему «Правильное сечение» и ток от 5 до 15 нА.
  2. Далее следует «нижняя» фрезерная обработка (рисунок 2A). Снова используйте схему «Правильное поперечное сечение» и ток от 5 до 15 нА. Размеры этого шага фрезера составляют 13 мкм в направлении x и 10 мкм в направлении y. Глубина — 10 мкм. На этом этапе процесса стенки образца будут слегка наклонены (рисунок 2D).
  3. Затем фрезеруйте бока, фрезеруя «левую» и «правую» стороны с размерами 6 мкм в направлении x и 10 мкм в направлении y (рисунок 2B). Примените ток 5–15 нА по схеме «Правильное поперечное сечение» с глубиной 10 мкм.
  4. После этого выполните грубую фрезерную обработку с пониженным током 1 нА и выпрямление всех четырёх стенок проб TEM (рисунок 2E). Для этого используйте схему «Очистка поперечного сечения» для всех четырёх сторон (рисунок 2C). Применим ток 1 нА с z-значением 10 мкм.
  5. Наклоните ступень на 0° или -5° относительно электронного пучка. Предпочтительнее угол -5°, так как это обеспечивает лучший доступ для финальной фрезерной обработки и последующего извлечения образца иглой, как описано в следующих шагах.
  6. Теперь извлеките образец TEM острым микроманипулятором. Для этого вставьте микроманипулятор. Используемый микроскоп FIB имеет два варианта введения иглы: «Вставка» и «Парковая позиция». Выберите второй вариант, так как после регулировки эуцентрической высоты иглы будет предотвращено столкновение с образцом.
  7. Осторожно опустите иглу к образцу TEM.
  8. Переместите иглу в левый верхний угол/край образца TEM.
  9. Нагрейте систему впрыска газа (ГИС). Вставить систему впрыска газа с осадкой (ГИС); Во время этой процедуры изображение может слегка сдвинуться, и, возможно, придётся скорректировать его положение.
  10. Выберите «прямоугольный» узор, чтобы покрыть часть иглы и угол образца TEM (рисунок 3A). Схему нужно изменить на «осадку» вместо «Si-фрезера». Используйте ток 30–50 пА с высотой z для схемы осаждения 1 мкм.

figure-protocol-3
Рисунок 3: Извлечение образца. Схема для Pt-осаждения (A) после Pt GIS была вставлена, и (B) схема фрезера для отделения образца от объёма. (C) Тень образца видна, если близко к поверхности MEMS-чипа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

  1. Для резки используется фрезерная схема «Прямоугольник» и ток 3 нА (рисунок 3B). Выберите x-размерность, немного больше длины образца TEM. Выберите значение z от 5 до 10 мкм в зависимости от ширины образца. Начните допрос П.
  2. После этого уберите Pt GIS.
  3. После того как образец TEM будет разрезан, извлекайте образец с помощью микроманипулятора, перемещая его только вверх (в z-направлении) от основного образца. Затем убирайте иглу, когда извлечённый образец находится далеко от объёма.
  4. Переместите этап на MEMS-чип. Выберите окно для образца TEM и снова отрегулируйте eucentric height. Это делается при наклоне 0° (рисунок 4A).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если это необходимо на данном этапе, окно можно расширить для увеличения окна наблюдения в TEM. Для этого дополнительного шага используйте ток 1 нА.

figure-protocol-4
Рисунок 4: Наклоны сцены. Схемы углов ступени (A) для контакта между чипом MEMS и образцом TEM с углом ступени 0°, и (B) углом 17–20° для урезания с держателем претилта под углом 52°. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

  1. Вставьте микроманипулятор с надписью «Park Position».
  2. Аккуратно опустите микроманипулятор с образцом TEM на поверхность MEMS-чипа. Центрируйте образец TEM над окном (чёрная зона).
    ВНИМАНИЕ: Осторожно опускайте образец TEM к чипу. Тень образца появляется над чипом MEMS незадолго до касания (рисунок 3C). Остановите перед тем, как трогать чип с образцом.
  3. Вставьте ГИС Pt снова.
  4. Опустите образец ещё ниже, пока он не коснётся чипа. Обычно небольшое изменение контраста на изображении наблюдается при установлении контакта.
  5. Начните шаблон для осадки Pt и сварите образец TEM, сделав два узора одинакового размера (рисунок 5A). Для этого используйте схему «Прямоугольник» с током 30–50 пА. Первое склеивание сделайте с узором 4 мкм в x, 1 мкм в y и 1 мкм в z.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Запишите угол вращения на первом этапе, затем делайте +90° при каждом этапе сварки.
  6. После этого отрежьте иглу из образца TEM с током 0,3 нА и втяните её. Избегайте прорезать смещающие электроды.
  7. Теперь поверните образец на 90°. Выполните ещё один узор с размерами 2,5 мкм в x, 1,5 мкм в y и 1 мкм в z (рисунок 5B). Используйте ток 30–50 пА с узором «Прямоугольник».
  8. Теперь выполните третье склеивание с углом вращения 180° (+90°) относительно отмеченного 0°. Выберите те же размеры, что и на первом шаге для склеивания. Ток снова устанавливается на 30–50 пА и использует схему «Прямоугольник» (рисунок 5C).
  9. Снова поверните на четвёртую сторону с углом вращения 270° (ещё +90°). Используйте те же размеры, что и в шаге 1.33, с током 30–50 пА и узором «Прямоугольник» (рисунок 5D).

figure-protocol-5
Рисунок 5: Сварка образца с микросхемой MEMS. Сварка образца TEM с микросхемой MEMS (A) с передней стороны, (B) повернутой на 90°, (C) увеличивала дополнительный поворот на 90° до общего 180°, и (D) финальный оборот до общей степени 270°. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

  1. Извлеките ГИС Pt после склеивания и выпустите вентиляцию из вакуумной камеры.
  2. Теперь возьмите образец из FIB и поставьте стуб SEM с чипом MEMS сверху на держатель претилта под углом 52° (рисунок 1F). Держатель претилта необходим для следующих этапов разбавления.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг выполняется из-за пространственных ограничений путём наклона и перемещения каскади, когда наклонённый держатель и объёмный образец вставляются напрямую, чтобы защитить как полюсные элементы электронной, так и ионной колонки от тревоги с помощью чипа, наклонного держателя или объёмного образца. Это облегчает работу внутри устройства. Здесь возможна пауза, так как следующие шаги могут быть выполнены позже или в другой сессии FIB.

2. Истончение образца TEM на чипе MEMS

ПРИМЕЧАНИЕ: Для разбавления использованные токи были выбраны в соответствии с механическими свойствами материалаZn 4Sb 3. Токи, как правило, должны выбираться в зависимости от твёрдости материала, который следует фрезеровать (твёрдый материал = более высокие токи, более мягкие материалы = меньшие).

  1. Вставьте заглушку SEM с микросхемой MEMS на предтилтную FIB-заглушую, которая имеет угол 52°. Закройте дверь FIB и откачите камеру.
  2. Разбавление происходит сейчас как последняя часть. Для этого наклоните ступень на 17–20° (рисунок 4B). Вертикальный угол между направлением истончения и ионным пучком будет 14°, но чрезмерный наклон позволяет истончить как снизу, так и верхнюю стороны образца TEM. Кроме того, избыточный наклон предотвращает зарядку при разбавлении.
    ПРИМЕЧАНИЕ: С этого момента образец наблюдается в боковом виде (рисунок 6) на изображении FIB.
  3. Теперь измельчите большую часть образца TEM над электронно-прозрачным окном (рисунок 6A) с напряжением 30 кВ и током 0,05–1 нА, пока не достигнут толщины около 2 мкм (рисунок 6B). Выберите значение z для этого разреза, которое немного превышает ширину образца TEM, чтобы прорезать образец (рисунок 6B).
  4. Теперь выполните итеративные этапы протончения с помощью схемы «Очистка поперечного сечения». Сначала используйте ток 0,1 пА на этом первом этапе и наклоните ступень ± 1,5° для истончения обеих сторон («-» объясняет истончение «нижней» части на изображении, а «+» — «верхняя» часть) относительно направления ионного пучка (рисунок 6C). Используйте z-значение 2 мкм. Делайте это каждый раз примерно 20–30 секунд с каждой стороны.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Измерьте толщину после нескольких таких итераций.
  5. При достижении толщины менее 1 мкм снижайте ток до 30–50 пА. После этого изменяйте угол наклона на ± 1° относительно ионного пучка. Снова используйте схему «поперечного сечения очистки» с z-значением 2 мкм (рисунок 6D).
  6. При достижении толщины около 500 нм снижайте ток до 10–30 пА. Снова используйте схему с «очисткой поперечного сечения» и наклоном ± 1° (рисунок 6E). Используйте z диаметром 2 мкм и итеративно перетирайте с каждой стороны, пока не достигнете толщины около 200 нм.
  7. Для дальнейшего истончения ниже 500 нм понизьте напряжение до 5 кВ и установите ток на 48 пА. Для этого этапа используйте шаблон «Поперечное сечение очистки». Теперь наклоните на ± 2° и уменьшите z до 0,1 мкм. Повторяйте это поэтапно, пока не достигнете желаемой толщины.
    1. Измеряйте толщину каждые пару итераций в SE-изображении снова и снова, так как это точнее, чем на ионных пучках.
  8. В качестве последнего шага, когда достигнута желаемая толщина, очистите поверхность ламелли напряжением 2 кВ и током 27 пА. Снова используйте схему «Очистка поперечного сечения» и наклон ± 5° с минимальным z 0,03 мкм. Почистите с каждой стороны несколько секунд.
  9. Измерьте конечную размерность толщины, длины и ширины утонченной области (ламелли). Толщина и длина измеряются сбоку (рисунок 6F), а ширина — сверху.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Размеры можно изменять на разных этапах фрезеровки. Затем используются различные шаги измерения для оценки электрического сопротивления материала, что показано в разделе «Репрезентативные результаты».

figure-protocol-6
Рисунок 6: Ламелла истончается. Вид изображения FIB на образце TEM для (A) «грубого» разрежения и (B) оставшейся части после грубой обработки толщиной около 2 мкм. Прореживание достигает толщины (C) 1 мкм, (D) 500 нм, (E) ниже 500 нм до 200 нм, и (F) конечной измеряемой толщины. Стрелки показывают наклон и истончение с каждой стороны итеративными шагами. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

3. Эксперименты по нагреву и смещению in situ внутри (S)TEM

  1. Вставьте MEMS-чип в держатель для сэмпла.
  2. После этого вставьте держатель в устройство (S)TEM и подключите его к установке in situ .
  3. Система включает блок управления температурой и источник для управления электрическим смещением. Блок соединения объединяет оба устройства для управления микросхемой MEMS. Подключите нагревательный блок и счётчик источника к ноутбуку через USB-C кабели. Подключите установку in situ , как показано на рисунке 7.
  4. Экспонометр источника имеет выход Force-LO (F-LO) и Force-HI (F-HI). Подключите их к входам соединения 1 и 6 соответственно (чёрные кабели на рисунке 7).
  5. Далее соедините блок управления отоплением с блоком соединения (красный кабель на рисунке 7).
  6. Заземлите блок соединения, блок управления отоплением и источник (жёлтые кабели, рисунок 7).
  7. Запустите индикатор источника.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно, что при включении или выключении источника отключите кабель от блока соединения к держателю для проб, чтобы предотвратить разряд.
  8. После завершения настройки подключите кабель, выходящий из блока соединения, к держателю в (S)TEM (синий кабель на рисунке 7). Лучше уже наблюдать образец при подключении кабеля, чтобы проверить, не происходит ли разряд, который может повредить образец. Чтобы этого избежать, всегда включайте экспонометр источника перед подключением кабеля от блока соединения к держателю для сэмпла.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Сам держатель отключён от земли, иначе это вызовет ошибку касания полюса.
  9. Запускай компьютер. Используйте специализированное программное обеспечение управления на ноутбуке. Запустите программу и выберите входные условия (например, температуру, напряжение, ток).
  10. Теперь откалибруй температуру. Число температурного коэффициента сопротивления (tcr) напечатывается на упаковке коробки с чипами MEMS. Введите это значение в программное обеспечение. Откалибруйте температуру после вставки номера.
  11. Запускаем эксперимент, и показывают два графика температуры и тока/напряжения за время измерения.
  12. Установи температуру. Для каждого температурного шага напряжение автоматически перепределяется в выбранном диапазоне при выборе рамп-смещения в программном обеспечении. В качестве альтернативы выберите постоянное смещение.
  13. Для начала эксперимента установите диапазон для перемещения напряжения (например, 1 мВ) или выберите постоянное напряжение.
  14. После измерения прекратите эксперимент и сохраните данные.

figure-protocol-7
Рисунок 7: Настройка смещения и нагрева. Схема установки для экспериментов по нагреву и нагреву in situ , включая источник счетчика, блок управления нагревом и блок соединения для объединения входов нагрева и смещения с выходом («Out») для держателя образца. Жёлтый цвет обозначает заземляющее соединение устройств, красный — соединение нагревательного и межсоединения, синий — соединение с держателем образца, а чёрные — электрические измерения. Порт 4H/2B относится к установке чипов in situ с 4 нагревающими и 2 смещёнными контактами. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Следуя протоколу, образцы из объёмного поликристаллического термоэлектрического Zn4Sb3 готовятся для экспериментов operando (S)TEM. Общее сопротивление (R) измеряется с помощью источника, как описано выше.

Как показано на рисунке 8, напряжение (V) колеблется между ±1 мВ (рисунок 8A), а результирующий ток (I) зафиксирован на рисунке 8B. Ток имеет линейную связь с приложенным напряжением, что демонстрирует омическое поведение (рисунок 8C). Электрическое сопротивление R можно вычислить по наклону кривой I-V с помощью закона Ома:

figure-results-1 (2)

Наклон кривой I-V определяется как R = 257 Ω (рисунок 8).

figure-results-2
Рисунок 8: I-V кривая. (A) Перемещение напряжения, (B) исходящего тока и (C) кривую I-V при комнатной температуре, при этом сопротивление измеряется как наклон кривой I-V. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Для измерения электрического сопротивления в зависимости от температуры к микросхеме применялось нагрев на основе MEMS. Образец нагревался поэтапно от комнатной температуры (21 °C) до 50 °C, 100 °C, 150 °C и 200 °C (для второго повышения температуры также до 250 °C и 300 °C), а затем охлаждался на тех же температурных этапах (рисунок 9A).

figure-results-3
Рисунок 9: Нагрев и охлаждение in situ в TEM. (A) Температура, применяемая во время циклов нагрева-охлаждения до 200 °C и 300 °C, отображается за время эксперимента, и (B) соответствующее общее сопротивление (R), измеряемое на каждом температурном этапе, при этом R измеряется при нагреве открытыми символами, а охлаждение — замкнутыми символами. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Как показано на рисунке 9B, значения R , измеренные с первого цикла нагрева от 21 °C до 200 °C, выше значений R , измеряемых на этапах охлаждения от 200 °C до 21 °C. После этого образец нагревали второй раз с 21 °C до 300 °C (рисунок 9A). Во втором цикле нагрева R не изменяется при нагреве или охлаждении по сравнению с первой кривой охлаждения (рисунок 9B), поэтому измерение сопротивления воспроизводимо.

Для оценки внутреннего электрического сопротивления образца для установки проводится схема сопротивления, включающая различные вклады в измеренное сопротивление R (рисунок 10).

figure-results-4
Рисунок 10: Схема сопротивления образца и контактов. (A) Схемы установки, включая все вклады в общее сопротивление (R) с цепью сопротивления и (B) размеры ламели по длине (L 0), ширине (w 0) и толщине (t0), вместе с двумя столбами (P1 и P2). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Когда ток подаётся через образец, возникает сопротивление, из-за электродов на чипе MEMS (RLC и RRC), сопротивлении материала для осадки Pt-C, который использовался для сварки образца на чип (RC1 и RC2). Образец состоит из трёх форм: ламелли (R 0) и двух столбов (R1 и R 2). Общее сопротивление тогда можно выразить так:

figure-results-5(3)

с размерами длины (L 0), ширины (w0) и толщины (t0), измеряемыми в FIB, внутренним электрическим сопротивлением (ρ), а также совокупным сопротивлением Rc = RLC + RRC + R C1 + RC2 + R1 + R2.

Если Rc известен, электрическое сопротивление (ρ) можно вычислить по операндо-измерениям R , переставив уравнение 3:

figure-results-6 (4)

Поскольку Rc не является незначительным и обычно неизвестным, требуется другой метод вывода значений ρ для каждой температуры.

Согласно уравнению 4, общее сопротивление R меняется с размерами выборки (L, w, t). Как показано на рисунке 10B, во время трёх различных этапов истончения ламелли в FIB (шаг 2.9) образец имел разные размеры, главным образом по толщине, как показано в Таблице 1.

Размеры для толщины 1,8 мкм:Размеры для толщины 0,5 мкм:Размеры толщиной 0,2 мкм:
w1L1T1w1L1T1w1L1T1
4.255.703.81[ммм]4.26.203.81[ммм]4.26.353.81[ммм]
w0L0t0w0L0t0w0L0t0
3.654.271.77[ммм]2.704.350.48[ммм]1.704.350.22[ммм]
w2L2T2w2L2T2w2L2T2
4.105.753.33[ммм]4.206.103.33[ммм]4.206.253.33[ммм]

Таблица 1: Примерные размеры. Размеры трёх геометрий образцов, измеряемых на разных стадиях истончения ламелей.

Когда измерения R повторялись на трёх разных измерениях, воспроизводимые значения R с этапов охлаждения от 200 °C до 21 °C были взяты и нанесены на график как функция размеров figure-results-7 в соответствии с

figure-results-8 (5)

где R(T), ρ(T) и представляют только разные температуры, при которых образец измерялся при поэтапном нагреве и охлаждении для каждой толщины. График линейный согласно уравнению 5, где наклон R соответствует ρ(T), а пересечение на вертикальной оси — (рисунок 11).

figure-results-9
Рисунок 11: Линейная подгонка сопротивления размерам образца. Пример графика для измеренного R при 200 °C на три этапа фрезера с разными размерами ламели (Таблица 1). Наклон прилегающей кривой соответствует ρ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Одинаковый график и линейная подгонка выполняются для каждой температуры во время этапов охлаждения, где измеренный R воспроизводим. Наклоны и пересечения приспособленных точек данных возвращают ρ и совокупное сопротивление Rc (уравнение 3) соответственно. Как показано на рисунке 12, и ρ, и r c можно определить как функцию температуры.

figure-results-10
Рисунок 12: Образец электрического сопротивления. Графики электрического сопротивления ρ и совокупного сопротивления Rc , как определено в уравнении 4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

По мере повышения температуры ρ также увеличивается с 8,8 мкм∙м при 21 °C до 9,9 мкОм∙м при 200 °C. Это ожидаемо для дегенеративного полупроводника и соответствует измерениям наZn 4Sb349. Наблюдается, чтоRc увеличивается примерно с 150 Ω при 21 °C до 178 Ω при 200 °C, что также ожидается для металлов и вырожденных полупроводников.

Во время электрических измерений микроструктура образца после финального этапа истончения (толщина 0,2 мкм) наблюдалась с помощью ТЭМ-устройства, работающего в режиме STEM (рисунок 13A). Микроструктура оставалась стабильной в температурном диапазоне (от 21 °C до 300 °C) измерений сопротивления. Средний размер зерна образцаZn 4Sb 3 остаётся 300 нм после циклов нагрева и охлаждения до 300 °C (рисунок 9A).

figure-results-11
Рисунок 13: Микроструктура и состав. (A) кольцевые яркие STEM-микрофотографии образцаZn 4Sb 3 до и после циклов нагрева-охлаждения до 300 °C, (B) интегрированный спектр EDS ламелли и (C) элементные карты, показывающие однородное распределение Zn и Sb. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой рисунки.

Как показано на рисунке 13B, спектр полной дисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) показывает чёткие пики Zn и Sb. Элементные отображения на рисунке 13C показывают однородное распределение Zn и Sb. Элементное количественное определение даёт 56,6% Zn и 43,4% Sb, что соответствует номинальному составуZn 4Sb 3 (57,1 при % Zn, 42,9 при % Sb). С помощью этой операционной процедуры можно отслеживать микроструктурную эволюцию образца при нагреве и электрическом смещении, и это коррелирует с измерениями свойств материала ρ.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Снижение сопротивления контакта при нагреве
Наклоны кривых нагрева и охлаждения показывают вариацию измерений R. Измерения R для различных размеров (преимущественно толщины) кривой охлаждения показали, что все точки плотно совпадают на одной линии согласно уравнению 5 (рисунок 14A). В отличие от этого, кривая нагрева показала значительную вариацию между разными значениями R при одной температуре и, следовательно, наклоном (рисунок 14B). Эти разные наклоны (обозначаемые синими и красными линиями на рисунке 14B) приводят к разным значениям для ρ и дляRc и приводят к несогласованным измерениям.

figure-discussion-1
Рисунок 14: Неопределённость электрического сопротивления. На графике была отмечена форма R для трёх различных размеров образца, показывая R от (A) охлаждения (200 °C до 21 °C) при 21 °C и (B) нагрева (от 21 °C до 200 °C), измеренных R при 21 °C, с синими и красными линиями, показывающими отклонения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Как показано на рисунке 14B, неопределённость линейной подгонки кривой нагрева составляет 7,4% для Rc и 17,3% в ρ. В то время как для кривой охлаждения (рисунок 14A) неопределённость составляет всего 1,2% для Rc и 2,8% в ρ. Таким образом, для надёжных измерений ρ и R c следует использовать только значения R из кривой охлаждения.

Разница между R-измерениями между кривыми нагрева и охлаждения объясняется следующей причиной. В предыдущем исследовании контактов Pt-C для in situ нагрева и смещения Чжун и др.50 показали, что общее сопротивление можно снизить при отживе выше 100 °C благодаря снижению сопротивления композита Pt-C. Как схематически показано на рисунке 15, контакты Pt-C были отложены в виде наночастиц Pt в аморфной матрице C. Во время отжига контакт переключался на Pt-сети с более высокой связностью между Pt-наночастицами и, следовательно, сниженным сопротивлением. Из проведённых экспериментов нагрев до 200 °C был достаточным для достижения воспроизводимых значений R . Дальнейшее снижение сопротивления при нагреве до 300 °C не наблюдалось.

figure-discussion-2
Рисунок 15: Возможный механизм снижения контактного сопротивления. Схемы (A) платиновых (Pt) наночастиц, которые образовали (B) частичные проводящие пути, окружённые углеродом (C). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Утечка тока при электрических измерениях
Как показано на рисунке 16, пути утечки могут образовываться между электродами из-за этапов осадки Pt (шаг 1.31–1.36) во время подготовки к FIB. На рисунке 16A зелёные оттенки обозначают приблизительные участки, где можно наблюдать остатки от сварки Pt-C (шаги 1.31–1.36).

Чтобы учесть такие пути утечки, вызванные остатками от осаждения Pt-C, необходимо ввести утечку с сопротивлением R параллельно сопротивлению образцу(R 1, R0 и R 2) и сварочному сопротивлению (RC1 и RC2) (рисунок 16B). Схема сопротивления для такого параллельного пути утечки показана на рисунке 16C.

figure-discussion-3
Рисунок 16: Схема сопротивления пути утечки. (A) Вторичное электронное изображение, сделанное в FIB во время подготовки, показывает осаждение Pt-C после первого этапа сварки (1.31), (B) схемы тока и тока утечки через образец, и (C) цепь сопротивления для этой установки. Прозрачный зелёный цвет в (A) и (B) указывает на остаточный слой Pt-C после сварки (шаги 1.31–1.36). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Для оценкиR-утечки ламелла была полностью отрезана, чтобы перекрыть электрический путь через образец, оставив только путь утечки (рисунок 16B). В этом случае утечка R была определена как 4 кОм. Обратите внимание, что это значение будет меняться в зависимости от процедуры сварки Pt-C и служит лишь оценкой порядка величины. В этом случае измеренные значения R (200–300 Ω, рисунок 9) значительно меньше, чем утечка R, поэтому эффект траектории утечки остаётся незначительным. Однако для материалов с более высоким сопротивлением результирующие значения R могут превышать 1 кОм, что приводит к значительному влиянию от пути утечки или даже доминирующему эффекту от пути утечки при измеренных значениях R, превышающих 10 кОм. Для надёжного измерения образцов с высоким сопротивлением требуются дополнительные шаги для максимизации R-утечки. Как отмечено в шаге 1.26 протокола, вакуумное окно на чипе можно расширить с помощью фрезера FIB. Это следует делать с разрезом 20–30 мкм над и ниже окна, над которым расположен образец, так как остаток наблюдался преимущественно в радиусе 10 мкм. Это увеличенное окно эффективно блокирует путь утечки через остатки Pt-C между двумя электродами, что приводит к утечке R > 100 МОМ. Расширяя вакуумное окно, можно надёжно измерить материалы с гораздо большим электрическим сопротивлением.

Также стоит отметить, что остатки осаждения Pt-C также присутствуют на поверхности столбов образца, как показано на рисунке 6A. Эффект таких путей утечки проявляется только в комбинированном сопротивлении Rc в уравнении 3, так как ламелла была истончена до свободы от отложения Pt-C.

В итоге представлен протокол подготовки образца на микросхемах MEMS in situ с помощью FIB . Метод использует одноступенчатую передачу образца плана на микросхему MEMS, а затем прямое истончение на чипе. Это позволяет легко подготовить образцы TEM и минимизирует повреждения от механического или ионного пучка. Электрическое сопротивление можно определить как функцию температуры. Это позволяет проводить оперно-микроструктурные характеристики с прямой связью с электрическими свойствами образца. Несмотря на использование двухточечных электрических измерений зонда, вклад сопротивления образца и контактных сопротивлений можно разделить с помощью измерений сопротивления после разных этапов фрезера FIB с разными размерами образца. С помощью этого подхода можно оценить внутренние электрические свойства ТЭ и многих материалов в электрических и энергетических приложениях в ходе оперно-микроскопических характеристик.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы благодарим доктора Весну Срот за конструктивную обратную связь по рукописи. D.A.M. признаёт финансирование от Международной исследовательской школы Макса Планка по устойчивой металлургии (IMPRS SusMet). C.J. признаёт Глобальную совместную исследовательскую программу, финансируемую Пукёнским национальным университетом (202506170001). К.С. и С.З. признают Немецкий исследовательский фонд (DFG) за финансирование в рамках Совместного исследовательского центра SFB 1394 «Структурная и химическая атомная сложность — от фазовых диаграмм дефектов до свойств материалов» (проект ID 409476157, проектная группа B01).

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Gas Injection System (FIB)Thermo Fisher Scientific1346158Номер каталога, используемый для заказа непосредственно у Thermo Fisher Scientific 
Блок управления нагревомDENSsolutions180200304с кабелями
Блок соединенияDENSsolutions160800114с кабелями
Держатель системы зажиганияDENSsolutions-
MEMS-чипыDENSsolutions4 нагревательных и 2 смещения контактов, также возможно для 4 смещения и 2 нагревательных контактов
Программное обеспечение: ImpulseDENSsolutionsВерсия 1.2.0.0Программное обеспечение на ноутбуке, предоставленное DENSsolutions

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Ying, P., et al. Performance degradation and protective effects of atomic layer deposition for Mg-based thermoelectric modules. Adv Funct Mater. 34, 2406473 (2024).
  2. Al-Mamun, N. S., et al. Synergistic effects of heating and biasing of AlGaN/GaN high electron mobility transistors an in-situ. transmission electron microscopy study. Microelectron Reliab. 160, 115470 (2024).
  3. Kamaladasa, R. J., et al. In situ TEM imaging of defect dynamics under electrical bias in resistive switching rutile-TiO2. Microsc Microanal. 21 (1), 140-153 (2015).
  4. Abdellaoui, L., et al. Parallel dislocation networks and Cottrell atmospheres reduce thermal conductivity of PbTe thermoelectrics. Adv Funct Mater. 31, 2101214 (2021).
  5. Yu, Y., et al. Dynamic doping and Cottrell atmosphere optimize the thermoelectric performance of n-type PbTe over a broad temperature interval. Nano Energy. 101, 107576 (2022).
  6. Smeaton, M. A., Abellan, P., Spurgeon, S. R., Unocic, R. R., Jungjohann, K. L. Tutorial on in situ and operando scanning transmission electron microscopy for analysis of nanoscale structure–property relationships. ACS Nano. 18 (48), 35091-35103 (2024).
  7. Ngo, D., Hung, L. T., Van Nong, N. In situ. TEM studies of nanostructured thermoelectric materials an application to Mg-doped Zn4Sb3 alloy. ChemPhysChem. 19 (1), 108-115 (2018).
  8. Zhang, C., et al. Recent progress of in situ transmission electron microscopy for energy materials. Adv Mater. 32, 1904094 (2020).
  9. Yang, Z., et al. Direct visualization of Li dendrite effect on LiCoO2 cathode by in situ TEM. Small. 14, 1803108 (2018).
  10. Huang, J. Y., et al. In situ. observation of the electrochemical lithiation of a single SnO2 nanowire electrode. Science. 330 (6010), 1515-1520 (2010).
  11. Fan, Z., et al. Layer-by-layer degradation of methylammonium lead tri-iodide perovskite microplates. Joule. 1 (3), 548-562 (2017).
  12. Yoshida, H., et al. Visualizing gas molecules interacting with supported nanoparticulate catalysts at reaction conditions. Science. 335 (6066), 317-319 (2012).
  13. Chee, S. W., Lunkenbein, T., Schlögl, R., Roldán Cuenya, B. Operando electron microscopy of catalysts the missing cornerstone in heterogeneous catalysis research. Chem Rev. 123 (22), 13374-13418 (2023).
  14. Yaguchi, T., Gabriel, M. L. S., Hashimoto, A., Howe, J. Y. In situ. TEM study from the perspective of holders. Microscopy (Oxf). 73 (2), 117-132 (2024).
  15. Adabifiroozjaei, E., et al. In situ. scanning transmission electron microscopy study of Al-amorphous SiO2 layer-SiC interface. J Mater Sci. 58 (4), 2456-2468 (2023).
  16. Allard, L. F., et al. Novel MEMS-based gas-cell heating specimen holder provides advanced imaging capabilities for in situ. reaction studies. Microsc Microanal. 18 (4), 656-666 (2012).
  17. Srot, V., Straubinger, R., Predel, F., Van Aken, P. A. Preparation of high-quality samples for MEMS-based in situ STEM experiments. Microsc Microanal. 29 (3), 596-605 (2023).
  18. Mangum, J. S., Garten, L. M., Ginley, D. S., Gorman, B. P. Utilizing TiO2 amorphous precursors for polymorph selection an in situ. TEM study of phase formation and kinetics. J Am Ceram Soc. 103 (5), 2899-2907 (2020).
  19. Krisper, R., Lammer, J., Pivak, Y., Fisslthaler, E., Grogger, W. The performance of EDXS at elevated sample temperatures using a MEMS-based in situ TEM heating system. Ultramicroscopy. 234, 113461 (2022).
  20. Garza, H. H. P., et al. MEMS-based sample carriers for simultaneous heating and biasing experiments a platform for in situ TEM analysis. , 2155-2158 (2017).
  21. Tyukalova, E., et al. Challenges and applications to operando and in situ TEM imaging and spectroscopic capabilities in a cryogenic temperature range. Acc Chem Res. 54 (16), 3125-3135 (2021).
  22. Zhong, X., et al. Novel hybrid sample preparation method for in situ. liquid cell TEM analysis. Microsc Microanal. 20 (S3), 1514-1515 (2014).
  23. Wang, H., Xiao, S. G., Xu, Q., Zhang, T., Zandbergen, H. Fast preparation of ultrathin FIB lamellas for MEMS-based in situ .TEM experiments. Mater Sci Forum. 850, 722-727 (2016).
  24. Recalde-Benitez, O., et al. Weld-free mounting of lamellae for electrical biasing operando TEM. Ultramicroscopy. 260, 113939 (2024).
  25. Vijayan, S., Jinschek, J. R., Kujawa, S., Greiser, J., Aindow, M. Focused ion beam preparation of specimens for micro-electro-mechanical system-based transmission electron microscopy heating experiments. Microsc Microanal. 23 (4), 708-716 (2017).
  26. Zorro, F., Carbo-Argibay, E., Ferreira, P. J. Novel method for the preparation of lamellas from porous and brittle materials for in situ TEM heating biasing. Microsc Microanal. 30 (1), 41-48 (2024).
  27. Minenkov, A., et al. Advanced preparation of plan-view specimens on a MEMS chip for in situ .TEM heating experiments. MRS Bull. 47 (4), 359-370 (2022).
  28. Zhou, X., et al. Materials design by constructing phase diagrams for defects. Adv Mater. 37, 2402191 (2025).
  29. Zintler, A., et al. FIB based fabrication of an operative Pt/HfO2/TiN device for resistive switching inside a transmission electron microscope. Ultramicroscopy. 181, 144-149 (2017).
  30. Almeida, T. P., et al. Preparation of high-quality planar FeRh thin films for in situ. TEM investigations. J Phys Conf Ser. 903, 012022 (2017).
  31. Hamid Elsheikh, M., et al. A review on thermoelectric renewable energy principle parameters that affect their performance. Renew Sustain Energy Rev. 30, 337-355 (2014).
  32. Sootsman, J. R., Chung, D. Y., Kanatzidis, M. G. New and old concepts in thermoelectric materials. Angew Chem Int Ed Engl. 48 (46), 8616-8639 (2009).
  33. Abdellaoui, L., et al. Density distribution and nature of planar faults in silver antimony telluride for thermoelectric applications. Acta Mater. 178, 135-145 (2019).
  34. Bueno Villoro, R., et al. Fe segregation as a tool to enhance electrical conductivity of grain boundaries in Ti(Co,Fe)Sb half Heusler thermoelectrics. Acta Mater. 249, 118816 (2023).
  35. Zavanelli, D., et al. Identifying insulating to metallic complexion transitions in NbFeSb. Phys Rev Mater. 9, 045402 (2025).
  36. Isotta, E., et al. Heat transport at silicon grain boundaries. Adv Funct Mater. 34, 2405413 (2024).
  37. Zhang, S., Isotta, E., Bueno-Villoro, R., Scheu, C. Probing grain-boundary structure chemistry and transitions. MRS Bull. 51, 168-180 (2026).
  38. Yu, Y., et al. Ostwald ripening of Ag2Te precipitates in thermoelectric PbTe effects of crystallography dislocations and interatomic bonding. Adv Energy Mater. 14, 2304442 (2024).
  39. Jung, C., et al. Effect of heat treatment temperature on the crystallization behavior and microstructural evolution of amorphous NbCo1.1Sn. ACS Appl Mater Interfaces. 15 (40), 46064-46073 (2023).
  40. Condron, C. L., Kauzlarich, S. M., Gascoin, F., Snyder, G. J. Thermoelectric properties and microstructure of Mg3Sb2. J Solid State Chem. 179 (7), 2252-2257 (2006).
  41. Shang, H., et al. N-type Mg3Sb2-Bi with improved thermal stability for thermoelectric power generation. Acta Mater. 201, 572-579 (2020).
  42. Ma, R., et al. Effect of secondary phases on thermoelectric properties of Cu2SnSe3. Ceram Int. 43 (9), 7002-7010 (2017).
  43. Shi, X. L., Zou, J., Chen, Z. G. Advanced thermoelectric design from materials and structures to devices. Chem Rev. 120 (15), 7399-7515 (2020).
  44. Wu, H., et al. Advanced electron microscopy for thermoelectric materials. Nano Energy. 13, 626-650 (2015).
  45. Minnich, A. J., Dresselhaus, M. S., Ren, Z. F., Chen, G. Bulk nanostructured thermoelectric materials current research and future prospects. Energy Environ Sci. 2 (5), 466-479 (2009).
  46. Barako, M. T., Park, W., Marconnet, A. M., Asheghi, M., Goodson, K. E. Thermal cycling mechanical degradation and the effective figure of merit of a thermoelectric module. J Electron Mater. 42 (2), 372-381 (2013).
  47. Hatzikraniotis, E., Zorbas, K. T., Samaras, I., Kyratsi, T., Paraskevopoulos, K. M. Efficiency study of a commercial thermoelectric power generator under thermal cycling. J Electron Mater. 39 (9), 2112-2116 (2010).
  48. Zhang, L. T., Tsutsui, M., Ito, K., Yamaguchi, M. Thermoelectric properties of Zn4Sb3 thin films prepared by magnetron sputtering. Thin Solid Films. 443 (1–2), 84-90 (2003).
  49. Zhong, C., et al. The relationships of microscopic evolution to resistivity variation of a FIB-deposited platinum interconnector. Micromachines (Basel). 11 (6), 588 (2020).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

232232JoVEin situin situoperando
Видео скоро будет доступно

Похожие статьи