[发明专利]一种制备原子力显微镜针尖的方法

权利要求书

1.一种制备原子力显微镜针尖的方法，实现所述方法的装置主要包括电阻(1)、悬臂(2)、针尖(3)、样品(4)、样品与针尖之间的间隙处(5)、刺状物(6)、电流反馈系统(7)、光电反馈系统(8)、压电驱动器(9)、电源U，由电源U、电阻(1)、电流反馈系统(7)、悬臂(2)、针尖(3)、间隙处(5)和样品(4)连接组成电流反馈回路，电源U的负极连接电阻(1)，正极连接样品(4)，电阻(1)为20G欧姆镇流电阻，悬臂(2)与样品(4)之间连接有光电反馈系统(8)，电流反馈系统(7)电连接压电驱动器(9)，压电驱动器(9)连接悬臂(2)，针尖(3)固定于悬臂(2)下面，样品(4)位于针尖(3)的下方，样品(4)与针尖(3)之间为间隙处(5)，当针尖(3)逼近样品(4)表面停留时，开启电源U能在间隙处(5)形成一高电场，从而使得针尖(3)的前端生长出几百纳米长的刺状物(6)；当电流反馈系统(7)开启时，能够探测到针尖(3)与样品(4)之间的微弱电流，并将其与预先设定的电流值比较，电流反馈系统(7)反馈信号输入压电驱动器(9)，并能够控制针尖(3)与样品(4)之间的距离，针尖(3)是半导体材料或具有金属镀膜，样品(4)是导体金属镍或钴或金或铂的薄膜、半导体材料Si或GaAs，

样品(4)有第一样品和第二样品，第一样品表面具有以阵列排布的倒锥体凹陷坑，每隔100nm有一个直径为100nm，深度为30nm的凹陷坑，第二样品表面具有以阵列排布的突起，每隔20nm有一个高为20nm，直径为10nm的突起；

其特征是，包括：初次生长刺状物(6)的方法、使刺状物(6)生长得更长的方法、生长垂直于样品(4)表面的刺状物(6)的方法和检验针尖(3)是否尖锐的方法，

初次生长刺状物(6)的方法如下：选用第一样品，使用原子力显微镜轻敲模式将针尖(3)水平移动至凹陷坑上方位置，关闭光电反馈系统(8)，开启电流反馈系统(7)，电流设定值为1pA，接下来开启电源U，并使电源U的输出电压在2秒时间内从0增加到V₁，其中20V＜V₁＜90V，保持2秒后关闭电源U，完成初次生长刺状物(6)过程，如果在关闭电源U之前先在5秒内将输出电压值从原设定值降至0，能够使刺状物(6)与针尖(3)结合得更牢固；

使刺状物(6)生长得更长的方法如下：完成初次生长刺状物(6)过程后，使用原子力显微镜轻敲模式将针尖(3)水平移动到另一个凹陷坑上方，然后重复初次生长刺状物(6)过程，能够使刺状物(6)生长得更长；

生长垂直于样品(4)表面的刺状物(6)的方法如下：初次生长刺状物(6)过程结束后，将第一样品换成第二样品，原子力显微镜以轻敲模式工作，开启光电反馈系统(8)，关闭电流反馈系统(7)，再开启电源U，并使电源U的输出电压保持在10V到20V之间的一个值，然后针尖(3)开始扫描样品(4)，由于针尖(3)与第二样品表面的突起有轻微接触，从而能使原先生长的方向任意性较大的刺状物(6)改变方向，并生长出垂直于样品(4)表面的符合实验要求的刺状物(6)；

检验针尖(3)是否尖锐的方法如下：使用另一个表面较为平整的样品，原子力显微镜以相移模式工作，设一个初始振幅为A0，扫描距离为15nm，设定值为0.6A0，如果在平整的表面相移为负，则认为是尖锐的针尖(3)，能达到实验要求；如果相移不为负，需要重复加电源U以在间隙处(5)形成一个高电场的过程，直至生长出一个垂直于样品(4)表面的符合实验要求的刺状物(6)。

2.根据权利要求1所述的一种制备原子力显微镜针尖的方法，其特征是：第二样品表面的突起若是向同一朝向倾斜，采用该第二样品进行单一方向行扫描，且使扫描的方向与该突起倾斜的朝向相对时能够取得更好效果，一行扫描结束后将针尖(3)抬离第二样品，返回到行起点进行下一行的扫描，依次重复。