[發(fā)明專利]基于納米粒子點(diǎn)陣量子輸運(yùn)的原子力顯微微懸臂及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310256125.6
• 申請(qǐng)日: 2013-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN103336149A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸偉華;謝波;邵瑋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州新銳博納米科技有限公司
• 主分類號(hào): G01Q60/38
• 分類號(hào): G01Q60/38
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種基于納米粒子點(diǎn)陣量子輸運(yùn)的原子力顯微微懸臂，其特征在于，包括一個(gè)AFM探針針尖(1)并附著于一個(gè)懸臂梁(4)上；至少一組附著于懸臂梁(4)表面的納米粒子點(diǎn)陣(3)；至少一對(duì)位于懸臂梁表面用于測(cè)量所述納米粒子點(diǎn)陣(3)電阻值的微電極(2)；納米粒子電子點(diǎn)陣以及電極印刷在微懸臂上，當(dāng)微懸臂因與樣品作用發(fā)生彎曲時(shí)，印刷在微懸臂背面的納米粒子點(diǎn)陣間距也發(fā)生了變化，引起納米粒子點(diǎn)陣電導(dǎo)的變化；檢測(cè)這一電導(dǎo)變化，就能檢測(cè)懸臂的彎曲，相應(yīng)的檢測(cè)針尖-樣品的局部距離。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米粒子點(diǎn)陣量子輸運(yùn)的原子力顯微微懸臂，其特征在于，懸臂梁(4)的橫截面為矩形或圓、橢圓均可；懸臂梁(4)的制作材料為氮化硅(Si₃N₄)，其彈性模量約為E=35000±10000MPa，假定懸臂梁(4)的結(jié)構(gòu)尺寸為：L=200±50μm，h=7±4μm，b=40±10μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米粒子點(diǎn)陣量子輸運(yùn)的原子力顯微微懸臂，其特征在于，至少一對(duì)微電極(2)與納米粒子點(diǎn)陣(3)附著于AFM懸臂梁(4)，納米粒子點(diǎn)陣(3)位于微電極(2)之間，其量子隧穿電導(dǎo)能通過外部檢測(cè)儀器被探測(cè)到。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米粒子點(diǎn)陣量子輸運(yùn)的原子力顯微微懸臂，其特征在于微電極(2)使用金，電極和納米粒子點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)、尺寸以及在懸臂梁上所處的位置在針尖左右的臂長位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米粒子點(diǎn)陣量子輸運(yùn)的原子力顯微微懸臂，其特征在于通過控制納米粒子覆蓋率的方式有效調(diào)控納米粒子點(diǎn)陣(3)的電子輸運(yùn)性質(zhì)；納米粒子覆蓋率范圍在10～80%，納米粒子的直徑范圍是1～500nm。

6.基于納米粒子點(diǎn)陣量子輸運(yùn)的原子力顯微微懸臂的應(yīng)用，包括一個(gè)AFM探針針尖(1)并附著于一個(gè)懸臂梁(4)上；至少一組附著于懸臂梁(4)表面的納米粒子點(diǎn)陣(3)；至少一對(duì)位于懸臂梁表面用于測(cè)量所述納米粒子點(diǎn)陣(3)電阻值的微電極(2)；納米粒子電子點(diǎn)陣以及電極印刷在微懸臂上，當(dāng)微懸臂因與樣品作用發(fā)生彎曲時(shí)，印刷在微懸臂背面的納米粒子點(diǎn)陣間距也發(fā)生了變化，引起納米粒子點(diǎn)陣電導(dǎo)的變化；檢測(cè)這一電導(dǎo)變化，就檢測(cè)懸臂的彎曲，相應(yīng)的檢測(cè)針尖-樣品的局部距離。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于納米粒子點(diǎn)陣量子輸運(yùn)的原子力顯微微懸臂的應(yīng)用，其特征是其中所述納米粒子點(diǎn)陣(3)中隧穿輸運(yùn)是主要的導(dǎo)電形式。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于納米粒子點(diǎn)陣量子輸運(yùn)的原子力顯微微懸臂的應(yīng)用，其特征是其中所述納米粒子點(diǎn)陣(3)的納米粒子數(shù)密度應(yīng)大于滲流閾值，使其電阻(或電導(dǎo))能被外部電學(xué)儀表測(cè)量。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于納米粒子點(diǎn)陣量子輸運(yùn)的原子力顯微微懸臂的應(yīng)用，其特征是其中所述微電極(2)具有足夠強(qiáng)的導(dǎo)電能力，且能穩(wěn)定粘附在懸臂梁(4)表面，在懸臂梁(4)高頻振動(dòng)是具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性，能作為納米粒子點(diǎn)陣(3)的有效電學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換介質(zhì)。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于納米粒子點(diǎn)陣量子輸運(yùn)的原子力顯微微懸臂的應(yīng)用，其特征在于，其中所述懸臂梁(4)用Si₃N₄材料制備，其尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)將影響到AFM探針的測(cè)量范圍，同時(shí)還會(huì)影響到納米粒子點(diǎn)陣(3)的測(cè)量靈敏度。即AFM探針的量程和靈敏度可以通過改變懸臂梁(4)的結(jié)構(gòu)尺寸而進(jìn)行調(diào)整。

得到納米粒子點(diǎn)陣(3)的阻值R和原子力探針針尖與樣品間的距離r之間的關(guān)系，即R∝4λR₀δ(-12d¹²r^-13+6d⁶r^-7)；即

得到樣品表面原子力探針針尖與樣品間的距離r后，通過二維掃描其整個(gè)樣品表面，就知道樣品表面的結(jié)構(gòu)信息；

d為原子直徑10^-10量級(jí)，單位為米，r為原子力探針針尖與樣品間的距離，δ為勢(shì)壘深度,懸臂梁垂直于軸向的截面寬度和高度分別為b和h，針尖到懸臂梁末端的水平距離為L，懸臂梁的彈性模量為E，納米粒子點(diǎn)陣的初始電阻為R₀，實(shí)時(shí)電阻值為R，靈敏度系數(shù)為K。