[發明專利]納米鑷子和帶有納米鑷子的掃描探針顯微鏡

有效

• 申請號: 200580039812.6
• 申請日: 2005-11-22
• 公開（公告）號: CN101061059A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 橋口原;細木真保;今野隆
• 申請（專利權）人: 國立大學法人香川大學;青井電子株式會社
• 主分類號: B82B1/00
• 分類號: B82B1/00;B82B3/00;B81B3/00;G01B21/30;G01N13/16
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司
• 代理人: 張敬強

技術領域

本發明涉及用來觀測樣品表面和夾持微小物體的納米鑷子、配備這種納米 鑷子的掃描探針顯微鏡，以及該納米鑷子的制造方法。

背景技術

在掃描探針顯微鏡(SPM)中，在懸臂上的探針以原子直徑級的非常小的 距離位于樣品附近上方，然后探針被用來二維地掃描樣品的表面。在這個過程 中檢測例如由于樣品和懸臂的相互作用產生的力，并且基于檢測到的力來觀察 存在于樣品表面的凹處、突出或者類似物。當納米鑷子的前端被打開和關閉時， 它夾持納米級尺寸的微小物體。相關領域中已知的納米鑷子具有如上面所述的 觀察功能和夾持功能(例如參見專利參考文獻1)。在該專利參考文獻中所公 開的裝置中，兩個碳納米管被固定到原子力顯微鏡的懸臂的前端上，其中一個 碳納米管被用來觀察微小物體，并且當兩個碳納米管的前端采用靜電力或者類 似的力被打開/關閉時，微小樣品被夾起和釋放。

專利參考1：USPNo.4,927,254

發明內容

本發明要解決的問題

但是，除了下面的在相關領域中生產納米鑷子的標準生產步驟之外，為了 生產專利參考1中公開的納米鑷子，必須要完成一個將兩個碳納米管固定到懸 臂的前端上的額外的、困難的生產步驟。

解決上述問題的方法

根據本發明的第一方面的納米鑷子包含：支撐元件；觀察探針，該觀察探 針從所述支撐元件向外突出，并且當觀察樣片的表面時被使用；可動臂，該可 動臂臨近從所述支撐元件向外突出的觀察探針設置，并且使所述觀察探針和所 述可動臂之間關閉或者打開，從而夾持或者釋放被夾持在所述觀察探針和所述 可動臂之間的樣品；以及驅動機構，該驅動機構驅動所述可動臂，從而使所述 觀察探針和所述可動臂之間關閉或者打開，并且所述支撐元件、所述觀察探針 和所述可動臂都通過照相平版印刷術過程處理半導體晶片來形成。

根據本發明的第二方面的納米鑷子，包含：支撐元件；觀察探針，所述觀 察探針沿著特定的方向從所述支撐元件開始延伸，并且包括用在樣品表面觀察 中的探針部和用來夾持樣品的第一夾持部；可動臂，所述可動臂沿著特定的方 向從所述支撐元件開始延伸，并且臨近所述觀察探針設置，并且包括沿著所述 特定方向面向第一夾持部的第二夾持部；以及驅動機構，所述驅動機構沿著所 述可動臂延伸的方向驅動所述可動臂，從而將所述樣品夾持在第一夾持部和第 二夾持部之間，以及所述支撐元件、所述觀察探針和所述可動臂都通過照相平 版印刷術過程處理半導體晶片來形成。

這是可接受的：第一夾持部是從所述觀察探針朝向所述樣品表面向外突出 的突出部，并且包括垂直于所述特定方向設置的第一夾持表面和在所述突出部 的前端上形成的所述探針部；并且第二夾持部包括第二夾持表面，用來將所述 樣品夾持在第一夾持表面和第二夾持表面之間。并且也可以接受：第一夾持表 面和第二夾持表面的形成設置為垂直于所述特定方向。

這是可接受的：所述半導體晶片是SOI晶片，該SOI晶片包括夾在一對 硅層之間的SiO₂層；所述觀察探針和所述可動臂在所述一對硅層中的一個上 互相之間間隔特定距離并排形成；以及第一夾持部、第二夾持部和探針部的每 一個形成為沿著所述觀察探針和所述可動臂并排設置的方向向外突出。并且這 也是可以接受的：第一夾持部、第二夾持部和探針部中的每一個形成為沿著垂 直于所述觀察探針和所述可動臂并排設置的方向延伸的方向向外突出。

這也是可以接受的：所述觀察探針由形成有沿著所述特定方向延伸的狹縫 空間的馬蹄鐵形部件的橫梁組成；以及所述可動臂設置為被允許在所述狹縫空 間中沿著所述特定方向自由滑動。

此外，這是可以接受的：所述驅動機構通過由供應電源產生的熱引起的熱 變形來驅動所述可動臂。

根據本發明的第三方面的掃描探針顯微鏡，包括：上面所述的任何一種納 米鑷子；檢測單元，該檢測單元檢測由于所述觀察探針和所述樣品表面之間的 相互作用引起的位移；控制單元，該控制單元控制所述驅動機構的驅動操作； 算術運算單元，該算術運算單元基于所述檢測單元檢測到的位移通過算術運算 確定樣品表面上的物理和/或化學狀態；以及掃描裝置，用來在相對于所述樣 品表面掃描移動中接合所述觀察探針。還可以具有顯示單元，該顯示單元提供 由所述算術運算單元執行的算術運算結果的可視顯示。