[發(fā)明專利]連續(xù)直寫納米粒子溶液的掃描探針及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010591933.4
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102565460A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭倍
• 申請（專利權(quán)）人: 彭倍
• 主分類號: G01Q60/38
• 分類號: G01Q60/38;B81B1/00;B81C1/00
• 代理公司: 成都立信專利事務(wù)所有限公司 51100
• 代理人: 江曉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納米科學(xué)領(lǐng)域，特別與連續(xù)直寫納米粒子溶液的掃描探針及其制造方法有關(guān)。

背景技術(shù)

掃描探針刻蝕加工技術(shù)(SPL)是利用掃描探針顯微鏡進(jìn)行納米刻蝕加工而發(fā)展成的一種技術(shù)。該技術(shù)將顯微鏡作為定位的“手臂”,將安裝在顯微鏡上的掃描探針作為“筆”,通過蘸取具有化學(xué)親和力的分子在基底上“書寫”,形成穩(wěn)定的納米結(jié)構(gòu)。該技術(shù)具有高分辨率、定位準(zhǔn)確、直接書寫等優(yōu)點，在物理、化學(xué)、生物等領(lǐng)域的納米尺度研究中得到了廣泛的應(yīng)用。其中，掃描探針(筆)的設(shè)計和制造技術(shù)是SPL的關(guān)鍵。

最初的SPL技術(shù)利用原子力顯微鏡（AFM）探針（Chad?Mirkin，2000年），由于AFM探針針尖直徑可達(dá)10納米，因此刻蝕的最小線寬可達(dá)10納米左右。SPL技術(shù)的優(yōu)點是分辨率極高，但瓶頸是需要不斷地蘸取書寫分子溶液，無法刻蝕面積很大或者較復(fù)雜的圖形。2008年，Andre?Meister等人發(fā)明了一種內(nèi)置微通道的掃描探針（US?Patent?20080302960A1），在掃描探針針尖處打微型孔，并由內(nèi)置的微通道連通到芯片上的貯液槽。通過將貯液槽中的分子溶液源源不斷輸送到針尖口，實現(xiàn)連續(xù)直寫，解決了需不斷蘸取書寫液的問題。但該技術(shù)也存在致命的缺陷：完全改變了分子溶液的傳輸機(jī)理，無法達(dá)到SPL所需的分辨率，也就失去了納米刻蝕的意義。SPL技術(shù)是通過AFM針尖和基底之間形成納米厚的氣液向界面，利用分子運動從濃度高向濃度低處遷移的原理，使針尖上的分子遷移到基底上，形成分子自組裝。而打孔后，分子溶液直接接觸基底，形成大的液滴，分辨率大大降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了提供一種既具有AFM探針的書寫分辨率，又可實現(xiàn)分子溶液的傳輸，能解決SPL技術(shù)瓶頸的連續(xù)直寫納米粒子溶液的掃描探針。本發(fā)明的另一個目的是為了提供這種掃描探針的制造方法。

本發(fā)明的目的是這樣來實現(xiàn)的：

本發(fā)明連續(xù)直寫納米粒子溶液的掃描探針，包括有探針針尖和懸臂梁的硅基底，位于探針針尖周邊與探針針尖之間有環(huán)形針尖微通道從而與探針針尖形成火山口式結(jié)構(gòu)的環(huán)形外殼，探針針尖頂端伸出環(huán)形外殼外，懸臂梁遠(yuǎn)離探針針尖的一端上有貯液槽，位于懸臂梁內(nèi)的輸送微通道的兩端分別與環(huán)形針尖微通道、貯液槽連通，探針針尖頂端直徑為16～22nm，探針針尖頂端直徑為16～22nm米，保證了納米刻蝕的分辨率，貯液槽使分子溶液通過毛細(xì)力輸送到探針針尖火山口，實現(xiàn)分子溶液的連續(xù)供給。

上述的探針針尖頂端伸出環(huán)形外殼0.8～1.2mm，環(huán)形外殼壁厚480～520nm，環(huán)形針尖微通道間隙為480～520nm，輸送微通道的直徑為0.8～1.2mm。

上述的探針針尖頂端直徑為20nm且伸出環(huán)形外殼1μm，環(huán)形外殼壁厚500nm，環(huán)形針尖微通道間隙為500nm，輸送微通道的直徑為1mm。

上述的貯液槽形狀為梯形。

本發(fā)明方法包括如下步驟：

1）在硅基底上利用KOH溶液刻蝕出掃描探針針尖原型，再氧化針尖，刻蝕氧化層使針尖銳化，使針尖直徑達(dá)到16—22nm；

2）在硅基底上依次分別沉積：

（1）0.25—0.30mm氮化硅薄膜，并刻蝕一個開口以備使其與背面貯液槽連通；

（2）0.4—0.5mm二氧化硅犧牲層；

（3）0.25—0.5mm氮化硅薄膜；

???????3）在掃描探針左側(cè)部分刻蝕出微通道開口，然后利用CF₄溶液刻蝕氧化硅犧牲層，形成微通道；

???????4）在微通道開口兩端沉積一層0.25～0.35μm的氮化硅薄膜，將微通道開口密封；

???????5）刻蝕微通道開口處多余氮化硅薄膜，在KOH溶液中，利用各向異性刻蝕技術(shù)在硅基底背面刻蝕出貯液槽，即成。

工作時，分子溶液通過毛細(xì)力能夠從硅基底上貯液槽通過探針針尖和環(huán)形外殼間環(huán)形針尖微通道輸送到針尖附近，在環(huán)形外殼邊緣即停止，這樣保證了溶液不會直接流到硅基底上。分子是通過遷移作用從探針針尖遷移到硅基底，形成自組裝層，這樣保證了刻蝕的分辨率。采用多個本發(fā)明探針便可形成納米刻蝕掃描探針陳列芯片。

本發(fā)明納米刻蝕掃描探針具有以下優(yōu)點。

（1）通過懸臂梁內(nèi)置微通道將火山口式針尖和硅基底貯液槽連通，實現(xiàn)了連續(xù)供給溶液，在硅基底上進(jìn)行連續(xù)直接書寫；

（2）書寫分辨率高，其書寫的納米線條寬度為30nm左右；