[发明专利]一种具有纳米尺度球形尖端的原子力显微镜探针制作方法

说明书

本发明涉及一种具有纳米尺度球形尖端的原子力显微镜探针制作方法，包括以下步骤：S1、取一微悬臂梁，在该微悬臂梁的表面制作出一凸起，以所述凸起远离所述微悬臂梁的一面作为衬底；或者，取一微悬臂梁，以该微悬臂梁的表面作为衬底；S2、在所述衬底上定位一个粒子注入位置；S3、将一高能粒子束根据球形尖端需要制作的大小定量在设定的面积范围内注入所述粒子注入位置，使所述粒子注入位置鼓起形成球形尖端。本发明成型速度快、产率高、成本低、适于产业化，球形尖端直径可控性好、不易脱落。

技术领域

本发明属于原子力显微镜领域，具体是一种具有纳米尺度球形尖端的原子力显微镜探针制作方法。

背景技术

原子力显微镜是重要的精确测量样品表面形态的显微镜，在材料表面形态表征、生物样品测量以及纳米尺度加工上有着重要应用。原子力显微镜探针是原子力显微镜的核心部件，通常由一根微悬臂梁(micro cantilever)和一个位于微悬臂梁自由移动端的针尖(tip)构成。为了在测量表面作用力(特别是生物样品)时能够更为准确，减少干扰，降低对样品的破坏，需要制作出尖端是球型的原子力显微镜探针。

现有原子力显微镜探针在针尖表面镀膜形成球形尖端(如图1，用于深宽比大的测量表面凹坑)或者在微悬臂梁上直接粘接纳米球形颗粒(如图2，用于深宽比小的测量表面凹坑)。

在针尖表面镀膜形成球形尖端的原子力显微镜探针，球形尖端形状不理想，非理想球形，同时，可以制作的球形尖端尺寸范围有限，超出尺寸范围则非球形，尺寸控制难度大。

在微悬臂梁上直接粘接纳米球形颗粒的原子力显微镜探针，球形颗粒采用手工粘连，耗时长，产率低，成本昂贵，易脱落；在光学显微镜下操作，对准精度仅能够达到微米级别，对准精度低；可制作的球形颗粒也一般在微米尺度，很难做到小于1微米。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成型速度快、产率高、成本低、适于产业化，球形尖端直径可控性好、不易脱落的具有纳米尺度球形尖端的原子力显微镜探针制作方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有纳米尺度球形尖端的原子力显微镜探针制作方法，包括以下步骤：

S1、取一微悬臂梁，在该微悬臂梁的表面设置一凸起，以所述凸起远离所述微悬臂梁的一面作为衬底；或者，取一微悬臂梁，以该微悬臂梁的表面作为衬底；

S2、在所述衬底上定位一个粒子注入位置；

S3、将一高能粒子束根据球形尖端需要制作的大小定量在设定的面积范围内注入所述粒子注入位置，使所述粒子注入位置鼓起形成球形尖端。

本发明的有益效果是：相比镀膜和粘结，本方法利用所述高能粒子束注入所述衬底，改变所述粒子注入位置的材料形态形成所述球形尖端，得到的所述球形尖端相当于在所述衬底的基础上进行的形状延展，且所述高能粒子束的注入时间很短只需要几秒钟到几分钟，故而球形尖端的成型速度快、产率高、成本低、适于产业化，且球形尖端直径可控性好、不易脱落，并可通过控制所述高能粒子束的注入剂量制成直径尺度在几十纳米到几微米的所述球形尖端，增加球形尖端原子力显微镜的测量精度。

进一步，S2中，所述粒子注入位置通过粒子扫描所述衬底成像后定位得到。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：使得所述粒子注入位置的定位精度能够控制到50纳米以内，定位精度高，从而保证球形尖端能够在所述衬底的正中间成型，避免诸多由于非正中成型造成的扭曲和误差。

进一步，S2中，所述粒子注入位置通过校准所述高能粒子束的位置与光学显微镜成像的位置或者原子力显微镜成像的位置，而后通过光学显微镜成像或者原子力显微镜成像定位得到。