[發明專利]尺寸、傾斜角可控的超大高寬比傾斜AFM探針針尖制備方法

在審

• 申請號: 202110273278.6
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113049853A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 賈憲生;崔波;朱效立
• 申請（專利權）人: 杭州探真納米科技有限公司
• 主分類號: G01Q60/38
• 分類號: G01Q60/38;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種尺寸、傾斜角可控的超大高寬比傾斜AFM探針針尖制備方法。該技術方案利用聚焦離子束輻照懸空微納米金屬結構會使微納米金屬結構向上折疊，且折疊家角度和輻照能量相關的特點，在懸臂梁頂端沉積金屬薄膜，選擇不同聚焦離子束參數輻照懸臂梁外金屬結構懸空部位，制備傾斜角度可控的超大高寬比傾斜AFM探針針尖。作為一種全新的大高寬比AFM探針制造方法，本發明一致性可控，適用于多種材料，且方法簡單適于大批量生產。作為原子力顯微鏡的核心構件，本發明產品具有更高的探測精度。

技術領域

本發明涉及微納加工技術領域，具體涉及一種尺寸、傾斜角可控的超大高寬比傾斜AFM探針針尖制備方法。

背景技術

原子力顯微鏡(AFM)是一種常用的檢測設備，其基本原理是利用探針針尖和樣品表面的原子間作用力來探測樣品表面形貌，不僅可以實現納米尺度分辨率的三維表面成像，而且其樣品無需導電，能夠在大氣、液體、低溫等復雜的環境下工作，能對單細胞、單分子等活性樣品進行成像。根據使用用途，原子力顯微鏡探針分為接觸式探針、非接觸/輕敲模式探針、導電探針、磁性探針、大高寬比探針、類金剛石原子力顯微鏡探針等。針尖的形貌對探測精度影響很大，針尖越尖銳探測精度越高。尤其對于起伏較大、溝槽較窄較深的樣品表面，普通探針的檢測結果容易偏離樣品實際形貌，如圖1所示。所以探針的高寬比顯得極其重要，大高寬比探針的研究成了目前AFM探針研究領域的熱點。

制備大高寬比探針的方法主要有碳納米管附著法、聚焦離子束刻蝕法、聚焦離子束沉積法、金屬顆粒催化劑誘導硅納米線生長法等。碳納米管附著法是將 AFM探針置于碳納米管分散液中，在普通AFM探針上利用電場力的作用使碳納米管附著在AFM探針上。該方法由于附著在探針針尖的碳納米管尺寸和方向隨機性大，所以無法精確控制所得到大高寬比針尖的尺寸和傾斜角度。聚焦離子束刻蝕法是用聚焦離子束轟擊普通探針針尖，把針尖“削尖”，該方法成本較高，耗時較長，不適合批量生產。聚焦離子束沉積法是用聚焦離子束在普通探針針尖沉積一條納米線作為新的針尖。該方法也是成本較高，耗時較長，不適合批量生產。金屬顆粒催化劑誘導硅納米線生長法是用金或其他金屬顆粒作為催化劑，附著于硅表面，再用化學氣相沉積硅納米線作為探針針尖。該方法由于化學氣相沉積的固有缺點，對針尖的大小尺寸可控性不強。

發明內容

本發明旨在針對現有技術的技術缺陷，提供一種尺寸、傾斜角可控的超大高寬比傾斜AFM探針針尖制備方法，以解決目前，大高寬比AFM探針的常規制備工藝造價昂貴、一致性差等技術問題。

為實現以上技術目的，本發明采用以下技術方案：

尺寸、傾斜角可控的超大高寬比傾斜AFM探針針尖制備方法，包括以下步驟：

1)在清洗干凈的SOI片表面旋涂200-400納米PMMA光刻膠，180℃烘烤 1-2分鐘；

2)對步驟1)所得的樣片，用電子束曝光機進行曝光，曝光劑量為500-1000 mJ/cm²；曝光后將樣片放入顯影液顯影30-50s，再放入定影液定影30-50s；

3)對步驟2)所得的樣片，用熱蒸發鍍膜設備、電子束蒸發鍍膜設備或磁控濺射鍍膜設備在其上直接沉積20-30納米Cr或Ti金屬薄膜；

4)將步驟3)所得的樣片浸入丙酮中，室溫下浸泡10-30分鐘(使光刻膠自然脫落，留下金屬結構)；

5)對步驟4)所得的樣片，分別刻蝕樣品正反兩面制備出AFM探針懸臂梁部分和基底部分(此時金屬結構部分為懸空狀態)；

6)對步驟5)所得的樣片，用聚焦離子束輻照金屬納米線結構使其折疊。

作為優選，步驟1)中所述的SOI片由器件Si層、絕緣SiO₂層和襯底Si 層組成，其中，器件Si層、絕緣SiO₂層、襯底Si層三者的厚度分別為1-5微米、 0.5-2微米、350-500微米。