[发明专利]尺寸、倾斜角可控的超大高宽比倾斜AFM探针针尖制备方法

说明书

本发明提供了一种尺寸、倾斜角可控的超大高宽比倾斜AFM探针针尖制备方法。该技术方案利用聚焦离子束辐照悬空微纳米金属结构会使微纳米金属结构向上折叠，且折叠家角度和辐照能量相关的特点，在悬臂梁顶端沉积金属薄膜，选择不同聚焦离子束参数辐照悬臂梁外金属结构悬空部位，制备倾斜角度可控的超大高宽比倾斜AFM探针针尖。作为一种全新的大高宽比AFM探针制造方法，本发明一致性可控，适用于多种材料，且方法简单适于大批量生产。作为原子力显微镜的核心构件，本发明产品具有更高的探测精度。

技术领域

本发明涉及微纳加工技术领域，具体涉及一种尺寸、倾斜角可控的超大高宽比倾斜AFM探针针尖制备方法。

背景技术

原子力显微镜(AFM)是一种常用的检测设备，其基本原理是利用探针针尖和样品表面的原子间作用力来探测样品表面形貌，不仅可以实现纳米尺度分辨率的三维表面成像，而且其样品无需导电，能够在大气、液体、低温等复杂的环境下工作，能对单细胞、单分子等活性样品进行成像。根据使用用途，原子力显微镜探针分为接触式探针、非接触/轻敲模式探针、导电探针、磁性探针、大高宽比探针、类金刚石原子力显微镜探针等。针尖的形貌对探测精度影响很大，针尖越尖锐探测精度越高。尤其对于起伏较大、沟槽较窄较深的样品表面，普通探针的检测结果容易偏离样品实际形貌，如图1所示。所以探针的高宽比显得极其重要，大高宽比探针的研究成了目前AFM探针研究领域的热点。

制备大高宽比探针的方法主要有碳纳米管附着法、聚焦离子束刻蚀法、聚焦离子束沉积法、金属颗粒催化剂诱导硅纳米线生长法等。碳纳米管附着法是将 AFM探针置于碳纳米管分散液中，在普通AFM探针上利用电场力的作用使碳纳米管附着在AFM探针上。该方法由于附着在探针针尖的碳纳米管尺寸和方向随机性大，所以无法精确控制所得到大高宽比针尖的尺寸和倾斜角度。聚焦离子束刻蚀法是用聚焦离子束轰击普通探针针尖，把针尖“削尖”，该方法成本较高，耗时较长，不适合批量生产。聚焦离子束沉积法是用聚焦离子束在普通探针针尖沉积一条纳米线作为新的针尖。该方法也是成本较高，耗时较长，不适合批量生产。金属颗粒催化剂诱导硅纳米线生长法是用金或其他金属颗粒作为催化剂，附着于硅表面，再用化学气相沉积硅纳米线作为探针针尖。该方法由于化学气相沉积的固有缺点，对针尖的大小尺寸可控性不强。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种尺寸、倾斜角可控的超大高宽比倾斜AFM探针针尖制备方法，以解决目前，大高宽比AFM探针的常规制备工艺造价昂贵、一致性差等技术问题。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

尺寸、倾斜角可控的超大高宽比倾斜AFM探针针尖制备方法，包括以下步骤：

1)在清洗干净的SOI片表面旋涂200-400纳米PMMA光刻胶，180℃烘烤 1-2分钟；

2)对步骤1)所得的样片，用电子束曝光机进行曝光，曝光剂量为500-1000 mJ/cm²；曝光后将样片放入显影液显影30-50s，再放入定影液定影30-50s；

3)对步骤2)所得的样片，用热蒸发镀膜设备、电子束蒸发镀膜设备或磁控溅射镀膜设备在其上直接沉积20-30纳米Cr或Ti金属薄膜；

4)将步骤3)所得的样片浸入丙酮中，室温下浸泡10-30分钟(使光刻胶自然脱落，留下金属结构)；

5)对步骤4)所得的样片，分别刻蚀样品正反两面制备出AFM探针悬臂梁部分和基底部分(此时金属结构部分为悬空状态)；

6)对步骤5)所得的样片，用聚焦离子束辐照金属纳米线结构使其折叠。

作为优选，步骤1)中所述的SOI片由器件Si层、绝缘SiO₂层和衬底Si 层组成，其中，器件Si层、绝缘SiO₂层、衬底Si层三者的厚度分别为1-5微米、 0.5-2微米、350-500微米。