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技术

本发明专利技术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。本发明专利技术成型速度快、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。

An atomic force microscope probe fabrication method with nanometer scale spherical tip

The invention relates to a fabrication method of an atomic force microscope probe with a spherical tip of nanometer scale, which comprises the following steps: S1, taking a micro-cantilever beam, fabricating a convex on the surface of the micro-cantilever beam, using the convex surface far from the micro-cantilever beam as a substrate; or, taking a micro-cantilever beam to use the micro-cantilever beam. The surface acts as the substrate; S2 locates a particle injection position on the substrate; S3 injects a high-energy particle beam quantitatively into the particle injection position within a predetermined area range according to the size of the spherical tip needed to be fabricated, so that the particle injection position bulges to form a spherical tip. The invention has the advantages of fast forming speed, high yield, low cost, suitable for industrialization, good controllability of spherical tip diameter, and difficulty in shedding.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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(microcantilever)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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的有益效果是：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。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，S3中，所述高能粒子束由粒子加1KeV～10MeV的高电压后经过粒子束聚焦形成。采用上述进一步技术方案的有益效果是：确保所述球形尖端快速稳定成型。进一步，所述粒子为电子、离子、中子、质子、X射线和光子其中任意一种，但不限于前述任意粒子。采用上述进一步技术方案的有益效果是：确保所述球形尖端结构可靠。进一步，所述高能粒子束的注入量由定时开关阀门控制。采用上述进一步技术方案的有益效果是：确保所述高能粒子束的注入剂量控制稳定可靠。进一步，经过所述定时开关阀门的所述高能粒子束再次经过粒子束聚焦后注入所述粒子注入位置。采用上述进一步技术方案的有益效果是：确保所述高能粒子束集中注入所述粒子注入位置，从而确保所述球形尖端形态规则。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1为原子力显微镜探针镀膜形成球形尖端的过程图；图2为原子力显微镜探针粘接形成球形尖端的过程图；图3为实施例1形成球形尖端的过程图；图4为实施例1形成的球形尖端的效果图；图5为图4中A部放大图；图6为实施例2形成球形尖端的过程图；图7为实施例1和实施例2中氦离子注入剂量与球形尖端直径的线性关系图；附图标记：1-微悬臂梁；2-高能粒子束；3-球形尖端；4-凸起；具体实施方式下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例1如图3、图4和图5所示，一种具有纳米尺度球形尖端3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1，在该微悬臂梁1的表面设置一凸起，以凸起远离微悬臂梁1的一面作为衬底；S2、通过粒子扫描衬底成像在衬底上定位一个粒子注入位置；S3、将氦离子加1KeV～10MeV的高电压后经过粒子束聚焦形成高能粒子束2，该高能粒子束2根据球形尖端3需要制作的大小，由定时开关阀门控制定量在直径为250纳米的面积范围内注入粒子注入位置，使粒子注入位置鼓起形成球形尖端3(如图7，氦离子注入剂量与球形尖端3直径呈线性关系)。本实施例中，经过定时开关阀门的高能粒子束2再次经过粒子束聚焦后注入粒子注入位置。实施例2如图6所示，一种具有纳米尺度球形尖端3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1，以该微悬臂梁1的表面作为衬底；S2、通过校准高能粒子束2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在衬底上定位一个粒子注入位置；S3、将粒子加1KeV～10MeV的高电压后经过粒子束聚焦形成高能粒子束2，该高能粒子束2根据球形尖端3需要制作的大小，由定时开关阀门控制定量在直径为250纳米的面积范围内注入粒子注入位置，使粒子注入位置鼓起形成球形尖端3(如图7，氦离子注入剂量与球形尖端3直径呈线性关系)。本实施例中，经过定时开关阀门的高能粒子束2再次经过粒子束聚焦后注入粒子注入位置。相比镀膜和粘结，实施例1和实施例2利用高能粒子束2注入衬底，改变粒子注入位置的材料形态形成球形尖端3，得到的球形尖端3相当于在衬底的基础上进行的形状延展，且高能粒子束2的注入时间只需要几秒钟，故而球形尖端3的成型速度快、产率高、成本低、适于产业化，且球形尖端3直径可控性好、不易脱落，并可通过控制高能粒子束2的注入剂量制成直径尺度在几十纳米到几微米的球形尖端3，增加球形尖端3原子力显微镜的测量精度。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本专利技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有纳米尺度球形尖端(3)的原子力显微镜探针制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、取一微悬臂梁(1)，在该微悬臂梁(1)的表面设置一凸起，以所述凸起远离所述微悬臂梁(1)的一面作为衬底；或者，取一微悬臂梁(1)，以该微悬臂梁(1)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(2)根据球形尖端(3)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(3)。

【技术特征摘要】
1.一种具有纳米尺度球形尖端(3)的原子力显微镜探针制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、取一微悬臂梁(1)，在该微悬臂梁(1)的表面设置一凸起，以所述凸起远离所述微悬臂梁(1)的一面作为衬底；或者，取一微悬臂梁(1)，以该微悬臂梁(1)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(2)根据球形尖端(3)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(3)。2.根据权利要求1所述的一种具有纳米尺度球形尖端(3)的原子力显微镜探针制作方法，其特征在于：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。3.根据权利要求1所述的一种具有纳米尺度球形尖端(3)的原子力显微镜探针制作方法，其特征在于：S2中，所述粒子注入位置通过校准所述高能粒子束(2)的位置与光...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡欢，
申请(专利权)人：胡欢，
类型：发明
国别省市：浙江,33