一种金刚石AFM探针系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种金刚石AFM探针系统，该金刚石AFM探针系统是一种新型的金刚石AFM探针系统，其具有高荧光收集效率，进而提升了金刚石AFM探针系统的探测灵敏度，且制作方法简单。

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石AFM探针系统
本技术涉及金刚石AFM探针
，更具体地说，涉及一种金刚石AFM探针系统。
技术介绍
金刚石中氮空位缺陷中心是由一个取代了碳原子的氮原子和一个相邻的空位组成，简称NV色心。NV色心(氮空位色心)具有自旋三重态基态，其量子态可以通过激光进行优化，并通过微波对其量子态进行操控。同时，NV色心是一个明亮而稳定的单光子源，可以通过光学手段对其荧光进行读出，并得出其对应量子态。同时，环境中的磁场、温度和电场等物理量会引起NV色心的电子自旋能级变化，从而影响读出的NV色心荧光光强等信息。通过测量NV色心能级的变化可以解析出这些物理量的大小，因此，NV色心可作为一种纳米级的灵敏传感器，用于测量目标的磁场、电场和温度等信息，这些特征使得NV色心在量子信息和传感器中发挥着独特的作用，使其具有了优良的磁场和电场测量能力。在该领域中，将金刚石中的NV色心做成扫描探针，结合AFM扫描系统可以实现对被测目标的纳米级扫描成像。但是，目前的金刚石AFM探针系统无法满足实际需求。
技术实现思路
有鉴于此，为解决上述问题，本技术提供一种金刚石AFM探针系统，技术方案如下：一种金刚石AFM探针系统，所述金刚石AFM探针系统包括：驱动装置和一体化的金刚石探针结构；所述金刚石探针结构包括：金刚石基片，所述金刚石基片上阵列排布有至少一个金刚石探针，每一个所述金刚石探针对应一个所述驱动装置；所述金刚石探针包括：金刚石悬臂梁；位于所述金刚石悬臂梁背面的荧光收集结构，所述荧光收集结构中含有至少一个NV色心；所述驱动装置包括：印刷电路板，所述印刷电路板上设置有第一电极和第二电极；与所述印刷电路板连接的石英音叉，所述石英音叉分别于所述第一电极和所述第二电极电气连接；设置在所述石英音叉背离所述印刷电路板一侧外侧壁上的转接梁；所述转接梁背离所述石英音叉的一端与所述金刚石悬臂梁的正面连接。优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述转接梁与所述石英音叉连接的一端为第一端；所述转接梁与所述金刚石悬臂梁连接的一端为第二端；其中，所述第一端的宽为30μm-5mm，厚度为3μm-30μm；所述第二端为正方形平滑断面，其长度为5μm-50μm；所述转接梁的长度为50μm-10mm。优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述印刷电路板的长为1mm-50mm、宽为1mm-50mm以及厚度为1mm-5mm。优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述金刚石悬臂梁的正面为精密抛光面，所述精密抛光面的抛光粗糙度小于1nm。优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述荧光收集结构的形状为纳米柱状或半球状或抛物面状或牛眼环状。优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述NV色心与所述荧光收集结构背离所述金刚石悬臂梁一侧的最远距离小于70nm。优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述金刚石悬臂梁的形状为长方形或梯形。优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述金刚石悬臂梁的厚度为1um-10um。一种金刚石AFM探针系统的制作方法，所述制作方法包括：提供一金刚石基片；在所述金刚石基片的背面进行离子注入并高温退火，形成NV色心；在所述金刚石基片的正面形成阵列排布的金刚石悬臂梁；在所述金刚石基片的背面形成阵列排布的荧光收集结构，所述荧光收集结构和所述金刚石悬臂梁一一对应；装配驱动装置；将所述金刚石悬臂梁与所述驱动装置对应连接。优选的，在上述制作方法中，所述驱动装置包括：印刷电路板，所述印刷电路板上设置有第一电极和第二电极；与所述印刷电路板连接的石英音叉，所述石英音叉分别于所述第一电极和所述第二电极电气连接；设置在所述石英音叉背离所述印刷电路板一侧外侧壁上的转接梁；所述制作方法还包括：将所述金刚石悬臂梁与所述转接梁背离所述石英音叉的一端键合。相较于现有技术，本技术实现的有益效果为：本技术提供的一种金刚石AFM探针系统，包括：驱动装置和一体化的金刚石探针结构；所述金刚石探针结构包括：金刚石基片，所述金刚石基片上阵列排布有至少一个金刚石探针，每一个所述金刚石探针对应一个所述驱动装置；所述金刚石探针包括：金刚石悬臂梁；位于所述金刚石悬臂梁背面的荧光收集结构，所述荧光收集结构中含有至少一个NV色心；所述驱动装置包括：印刷电路板，所述印刷电路板上设置有第一电极和第二电极；与所述印刷电路板连接的石英音叉，所述石英音叉分别于所述第一电极和所述第二电极电气连接；设置在所述石英音叉背离所述印刷电路板一侧外侧壁上的转接梁；所述转接梁背离所述石英音叉的一端与所述金刚石悬臂梁的正面连接。该金刚石AFM探针系统是一种新型的金刚石AFM探针系统，其具有高荧光收集效率，进而提升了金刚石AFM探针系统的探测灵敏度，且制作方法简单。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的一种金刚石AFM探针系统的结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种转接梁的结构示意图；图3为本技术实施例提供的一种抛物面荧光收集结构的示意图；图4为本技术实施例提供的抛物面荧光收集结构内NV色心的荧光收集效率示意图；图5为本技术实施例提供的一种纳米柱荧光收集结构的示意图；图6为本技术实施例提供的纳米柱荧光收集结构内NV色心的荧光收集效率示意图；图7为本技术实施例提供的一种金刚石AFM探针系统的制作方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在一些专利中利用磁性、静电吸附和官能团修饰等方法制备一些探针结构，但是这些探针极容易受到环境条件的影响，很难保证探针的稳定性和灵敏性。而金刚石NV色心的特性从超低温到室温大气环境条件下都可保持，这一特性使基于NV色心的金刚石AFM探针更加稳定，具有更广的应用前景。因此，制备基于NV色心的金刚石AFM探针具有十分重要的意义，但作为一种新型的扫描探针技术，其制作的复杂性和广泛应用面临着巨大的挑战。同时，金刚石AFM探针制作过程中如何保持NV色心长的自旋相干时间，并且高效的制备和读出NV色心的荧光强度等信息，从而提高金刚石AFM探针的效率和灵敏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金刚石AFM探针系统，其特征在于，所述金刚石AFM探针系统包括：驱动装置和一体化的金刚石探针结构；/n所述金刚石探针结构包括：金刚石基片，所述金刚石基片上阵列排布有至少一个金刚石探针，每一个所述金刚石探针对应一个所述驱动装置；/n所述金刚石探针包括：金刚石悬臂梁；/n位于所述金刚石悬臂梁背面的荧光收集结构，所述荧光收集结构中含有至少一个NV色心；/n所述驱动装置包括：/n印刷电路板，所述印刷电路板上设置有第一电极和第二电极；/n与所述印刷电路板连接的石英音叉，所述石英音叉分别于所述第一电极和所述第二电极电气连接；/n设置在所述石英音叉背离所述印刷电路板一侧外侧壁上的转接梁；/n所述转接梁背离所述石英音叉的一端与所述金刚石悬臂梁的正面连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种金刚石AFM探针系统，其特征在于，所述金刚石AFM探针系统包括：驱动装置和一体化的金刚石探针结构；
所述金刚石探针结构包括：金刚石基片，所述金刚石基片上阵列排布有至少一个金刚石探针，每一个所述金刚石探针对应一个所述驱动装置；
所述金刚石探针包括：金刚石悬臂梁；
位于所述金刚石悬臂梁背面的荧光收集结构，所述荧光收集结构中含有至少一个NV色心；
所述驱动装置包括：
印刷电路板，所述印刷电路板上设置有第一电极和第二电极；
与所述印刷电路板连接的石英音叉，所述石英音叉分别于所述第一电极和所述第二电极电气连接；
设置在所述石英音叉背离所述印刷电路板一侧外侧壁上的转接梁；
所述转接梁背离所述石英音叉的一端与所述金刚石悬臂梁的正面连接。


2.根据权利要求1所述的金刚石AFM探针系统，其特征在于，所述转接梁与所述石英音叉连接的一端为第一端；
所述转接梁与所述金刚石悬臂梁连接的一端为第二端；
其中，所述第一端的宽为30μm-5mm，厚度为3μm-30μm；
所述第二端...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘航宇，孙豫蒙，孙浩宇，刘昭昕，王孟祺，王鹏飞，王亚，石发展，杜江峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34