[发明专利]一种制备原子力显微镜针尖的方法

摘要

本发明涉及原子力显微镜领域，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、悬臂、针尖、样品、样品与针尖之间的间隙处、刺状物、电流反馈系统、光电反馈系统、压电驱动器、电源U，由电源U、电阻、电流反馈系统、悬臂、针尖、间隙处和样品连接组成电流反馈回路，悬臂与样品之间连接有光电反馈系统，电流反馈系统电连接压电驱动器，压电驱动器连接悬臂，针尖固定于悬臂下面，样品位于针尖的下方，样品与针尖之间为间隙处，当针尖逼近样品表面停留时，开启电源U能在间隙处形成一高电场，从而使得针尖的前端生长出几百纳米长的刺状物，利用第一样品和第二样品先后使用，生长出垂直于样品表面的符合实验要求的刺状物。

主权项

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，其中电源U正极连样品(4)、负极依次连电阻(1)、电流反馈系统(7)、悬臂(2)与针尖(3)，所述针尖(3)固定于所述悬臂(2)下方，所述样品(4)包括第一特定样品和第二特定样品并位于所述针尖(3)下方；当所述针尖(3)逼近所述样品(4)表面到一定距离时，将所述电源U通过所述电阻(1)加到所述针尖(3)，能够在所述样品与针尖之间的间隙处(5)形成一个高电场，从而使得所述针尖(3)前端生长出长度几百纳米的所述刺状物(6)，其特征是：具有由所述电源U、电阻(1)、电流反馈系统(7)、悬臂(2)、针尖(3)、样品与针尖之间的间隙处(5)和样品(4)组成的电流反馈回路，当所述电流反馈系统(7)开启工作状态时，能够探测所述针尖(3)与所述样品(4)之间的微弱电流、并将其与预先设定的电流值比较，所述电流反馈系统(7)反馈信号输入所述压电驱动器(9)、能够控制所述针尖(3)与所述样品(4)之间的距离；所述样品(4)的第一特定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100nm、深度30nm的凹陷坑，第二特定样品表面具有以阵列排布的突起，每隔20nm有一个高20nm、直径10nm的突起，其具体方法为：初次生长刺状物过程：选用所述第一特定样品，使用原子力显微镜轻敲模式将所述针尖(3)水平移动至所述凹陷坑上方位置，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，接下来开启所述电源U，并使电源U的输出电压在2秒时间内从0增加到20V到90V之间的某个特定值，保持2秒后关闭电源U，相比平整的样品表面，针尖处于凹陷坑位置时聚焦电场更强，更容易产生所述刺状物(6)，为了使刺状物生长得更长，使用所述第一特定样品，完成初次生长刺状物过程后，使用原子力显微镜轻敲模式将所述针尖(3)水平移动到所述第一特定样品表面另一个凹陷坑上方，然后重复初次生长刺状物过程；再次生长刺状物过程：初次生长刺状物过程结束后，将所述第一特定样品换成所述第二特定样品，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之间的某个特定值，然后针尖开始扫描样品，由于在扫描过程中所述针尖(3)与所述第二特定样品表面突起的轻微接触，从而能够使原先生长的方向任意性较大的刺状物略微改变方向，并生长出垂直于所述样品(4)表面的符合实验要求的所述刺状物(6)；并用如下的参数检验所述针尖(3)是否尖锐：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，能达到实验要求；如果相移不为负，需要重复加所述电源U以在所述样品与针尖之间的间隙处(5)形成一个高电场的过程，直至生长出一个垂直于所述样品(4)表面的符合实验要求的所述刺状物(6)。