SPM針尖制備技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、隨著納米科技的發(fā)展，掃描探針顯微鏡(Scanning Probe Microscopy)技術(shù)因其直接反應(yīng)樣品表面形貌、粘彈性、摩擦力、吸附力和電磁場(chǎng)分布等信息的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為納米測(cè)量強(qiáng)有力的手段。探針作為SPM的核心部件，直接影響著樣品成像質(zhì)量及研究成果，批量制備重復(fù)率高、大長(zhǎng)-徑比的納米級(jí)探針仍是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，大長(zhǎng)-徑探針使SPM測(cè)量出深溝槽以及近似鉛垂側(cè)面樣品的真實(shí)形貌成為可能，因此課題組展開(kāi)了對(duì)掃描探針顯微鏡探針制備技術(shù)的研

2、究。
　　論文設(shè)計(jì)并搭建了基于電化學(xué)腐蝕法制備探針的完整系統(tǒng)，系統(tǒng)機(jī)械裝置可保證探針制備過(guò)程中的穩(wěn)定性，避免電極的微動(dòng)和電解液面的波動(dòng)對(duì)探針形成質(zhì)量的影響。運(yùn)用步進(jìn)精度為50nm的電機(jī)控制探針的提拉和給進(jìn)深度。腐蝕電路比較了基于電平比較法與反饋控制法在探針形成瞬間的斷電時(shí)間和曲率半徑，最終確定采用反饋控制技術(shù)在幾百納秒內(nèi)切斷腐蝕電路，保護(hù)探針針尖的原子不被再腐蝕。軟件控制完成腐蝕電流信號(hào)的采集，采用VB編寫(xiě)上位機(jī)控制界面，實(shí)現(xiàn)了探

3、針制備的自動(dòng)化控制，減少了人為誤差對(duì)理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。機(jī)械裝置與控制系統(tǒng)的高效結(jié)合保證了探針制備的成功率和穩(wěn)定性。
　　在電化學(xué)腐蝕探針機(jī)理的研究基礎(chǔ)上，解決了電解過(guò)程中腐蝕工藝的難點(diǎn)，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)分析了斷電時(shí)間、電解電壓、電解液濃度、浸沒(méi)深度對(duì)探針針尖的曲率半徑、長(zhǎng)-徑比、形貌的影響，最終得到靜態(tài)電化學(xué)腐蝕的最佳腐蝕參數(shù)為電解液濃度1.5mol/L、電解電壓12V、浸沒(méi)深度0.4mm。通過(guò)對(duì)各控制參數(shù)的不斷優(yōu)化與分析，最

4、終成功制備出重復(fù)率達(dá)91.2％、曲率半徑小于5nm、長(zhǎng)-徑比達(dá)50k∶1的理想型指數(shù)輪廓的SPM鎢探針。將靜態(tài)腐蝕與動(dòng)態(tài)腐蝕法結(jié)合，制備出了多直徑探針和可控圓錐形探針，使深溝道樣品的測(cè)量成為可能，也可與電火花等技術(shù)結(jié)合，展開(kāi)納米操作和生物細(xì)胞等領(lǐng)域的研究，自制的多形貌探針拓寬了SPM探針的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　最后，設(shè)計(jì)石英音叉與探針的粘接系統(tǒng)，構(gòu)成了音叉式原子力顯微鏡測(cè)頭。研究了測(cè)頭微弱信號(hào)處理的相關(guān)技術(shù)，設(shè)計(jì)出的前置放大電路與鎖相放