[發明專利]采用AFM探針納米刻劃加工復雜三維微納米結構的裝置及方法

有效

• 申請號: 201410385711.5
• 申請日: 2014-08-07
• 公開（公告）號: CN104150433A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 于博文;耿延泉;閆永達;趙學森;胡振江
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B82Y40/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

1.一種采用AFM探針納米刻劃加工復雜三維微納米結構的裝置，其特征在于所述裝置包括AFM、X方向精密工作臺、Y方向精密工作臺，X方向精密工作臺底座固連在在Y方向精密工作臺的滑塊上，Y方向精密工作臺底座固連在AFM樣品臺上。

2.根據權利要求1所述的采用AFM探針納米刻劃加工復雜三維微納米結構的裝置，其特征在于所述裝置還包括包括二維高精度定位平臺控制器、控制計算機、AFM控制器和控制電腦，二維高精度定位平臺控制器與X方向精密工作臺和Y方向精密工作臺相連，控制計算機與二維高精度定位平臺控制器相連，原子力顯微鏡與AFM控制器和控制電腦依次連接。

3.根據權利要求1或2所述的采用AFM探針納米刻劃加工復雜三維微納米結構的裝置，其特征在于所述X方向精密工作臺與Y方向精密工作臺都是毫米尺度、納米級定位精度的位移臺。

4.一種采用AFM探針納米刻劃加工復雜三維微納米結構的方法，其特征在于所述方法步驟如下：

AFM探針在設定的區域連續掃描加工，一次掃描結束后回到初始位置繼續重復上一次的掃描，同時X方向精密工作臺在加工方向以同一速度運動，通過對AFM探針進給方向掃描速度與X方向精密工作臺運動速度的設定和匹配，實現底面階梯結構的納米通道的加工。

5.根據權利要求4所述的一種采用AFM探針納米刻劃加工復雜三維微納米結構的方法，其特征在于所述方法具體步驟如下：

（1）AFM系統設置為接觸模式，AFM針尖以一定負載逐漸接觸樣品表面使得針尖壓入樣品表面；

（2）AFM探針在設定的區域掃描范圍進行掃描，AFM探針從初始點移動到終點來完成一個掃描循環；在完成一個掃描循環后，AFM探針返回初始點開始一個新的掃描循環操作，這個過程持續重復進行直到加工獲得一個納米通道；掃描的同時，X方向精密工作臺以一定初速度持續沿著X軸方向運動；

（3）在加工獲得一個納米通道后，AFM探針抬起，控制Y方向精密工作臺移動到下一個待加工位置，重復步驟（1）和（2），加工另一個納米通道；

（4）重復步驟（3），直至完成所有納米通道的加工。

6.一種采用AFM探針納米刻劃加工復雜三維微納米結構的方法，其特征在于所述方法步驟如下：

通過對AFM探針的掃描陶管的編程控制，實現對掃描陶管移動位置和移動速度的控制，即可加工出任意所需要得到的幾何圖案，同時與X方向精密工作臺進行速度的匹配實現不同幾何圖案疊加的納米通道的加工。

7.根據權利要求8所述的一種采用AFM探針納米刻劃加工復雜三維微納米結構的方法，其特征在于所述方法具體步驟如下：

（1）AFM系統在接觸模式下進行工作，根據加工要求設置掃描參數；然后AFM探針以一定載荷逼近樣品表面，并且通過控制掃描陶管施加到AFM探針的載荷保持恒定；通過設置掃描參數控制AFM探針的運動軌跡，當AFM探針到達一個完整加工結構的終點時，AFM探針立即從終點返回坐標系原點；

（2）X方向精密工作臺以恒定速度運動，AFM系統與X方向精密工作臺同時運動，通過AFM探針持續掃描與X方向精密工作臺的共同運動作用，加工不同幾何形狀的復雜疊加結構；

（3）當所有循環運動完成后，X方向精密工作臺停止運動，移動Y方向精密工作臺到指定加工位置，重復步驟（1）和（2）進行下一個復雜三維結構的加工；

（4）重復步驟（3），直至完成所有加工。

8.一種采用AFM探針納米刻劃加工復雜三維微納米結構的方法，其特征在于所述方法步驟如下：

改變AFM探針進給量的大小，即改變相鄰兩次加工掃描之間的間距，改變加工結構的加工深度，根據所要加工的微納米結構不同位置的深度計算出相應進給量的大小，利用AFM置與X方向精密工作臺的參數匹配實現三維正弦及上下坡結構的加工。