[發明專利]一種高效率自動化鎢針制備裝置及方法

有效

• 申請號: 201210044381.4
• 申請日: 2012-02-24
• 公開（公告）號: CN102586854A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 單智偉;陳亮;李蒙;解德剛;劉博宇;張朋誠;萬景春
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C25F3/08
• 分類號: C25F3/08;C25F7/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域：

本發明涉及納米鎢針制備領域，具體涉及一種利用自動控制思想和動態腐蝕制備納米鎢針的方法和裝置。

背景技術：

鎢針，作為一種常見的探針，廣泛應用于納米技術相關的領域，如掃描隧道顯微鏡、聚焦粒子束儀、納米機械手探針等儀器中。尤其是在要求探針具有高硬度、高電導率的納米測試領域，如納米壓痕、納米線提取及性能測試等方面應用非常廣泛。而鎢針針尖的質量是決定掃描隧道顯微鏡、聚焦粒子束性能的主要因素之一。鎢探針針尖的曲率半徑越小、形狀越對稱，分辨率和圖像的質量越高。近年來隨著探針在更多領域如傳感探針、絕緣探針的應用，對鎢探針的形狀也提出了要求。因此，減小曲率半徑，提高制造效率，生產自動化，以及生成特定形狀的鎢針尖，是鎢探針制造廠商的主要方向。

制備鎢探針的主要方法有電化學腐蝕、場致蒸發法、機械剪切、陰極濺射等，其中電化學腐蝕法由于具有原理簡單、設備要求低，生成的鎢針尖曲率半徑小的優點而應用最廣。

利用電化學腐蝕原理進行鎢針制備的常用方法，分為靜態腐蝕和動態腐蝕兩(The?art?of?electrochemical?etching?for?preparing?tungsten?probes?with?controllable?tip?profile?and?characteristic?parameters，Bing-Feng?Ju等，Rev.Sci.Instrum.，013707(2011))。靜態腐蝕的方法，技術已經比較成熟(reproducible?electrical?etching?of?tungsten?probe?tips，OlivierL.Guise等，nano?letters，2002：vol.2，No.3(191～193)；北京大學一種制備納米鎢探針針尖的方法：中國，200910236678.9.[p]2010-04-21；中國礦業大學一種高分辨率發射極鎢針尖制備方法及其裝置：中國，200810183181.0.[p]2010-05-05)。這些方法通過改變腐蝕電流、懸吊重物(Effects?of?process?parameters?on?the?electrochemical?etching?of?sharp?metallic?tips?with?an?attached?mass，Pilkyu?Kim，Rev.Sci.Instrum.，096105(2007))，可以實現鎢針錐度、形狀的基本控制，如直流電流可以形成雙曲線狀，交流可以實現圓錐體狀，通過應用鎢針尖直流制備電路(上海交通大學掃描隧道顯微鏡用鎢針尖直流制備控制電路：中國，022181157.[p]2003-04-16))，及時關斷電流，可以實現較小曲率半徑鎢針的制備。

動態腐蝕方法主要是利用壓電陶瓷或直線步進電機，在腐蝕過程中緩慢提起鎢針，配合界面反應控制鎢針的長寬比和尖端半徑(dynamic?electrochemical-etching?technique?for?tungsten?tips?suitable?for?multi-tip?scanning?tunneling?microscopes，ReiHobara等，Surf.Sci.Nanotech，Vol.5(2007)94-98；The?art?of?electrochemical?etching?for?preparing?tungsten?probes?with?controllable?tip?profile?and?characteristic?parameters，Bing-Feng?Ju等，Rev.Sci.Instrum.，013707(2011))

對于靜態腐蝕，鎢針與陰極均保持靜止，鎢針插入電解液中時，溶液的表面張力形成的彎液面會對腐蝕造成影響，難以實現鎢針形狀，腐蝕時間，腐蝕層次的控制；對于動態腐蝕，若采用壓電陶瓷成本較高，而且由于鎢針提起的速度非常慢，腐蝕速度慢，腐蝕效率不是很高；若采用人工操作，因鎢針提起速度的不均勻，鎢針位置不能系統控制，會影響鎢針的宏觀外形，導致生產效率不高。

發明內容：

本發明的目的在于基于自動控制思想提出一種新型的鎢針動態腐蝕方法。

本發明的另一目的在于基于以上動態腐蝕思想和方法提出一種高效率自動化鎢針制備裝置。