本发明专利技术涉及用于扫描探针显微镜的探针。探针２０包括隧道电流传导部件３０和隧道电流绝缘部件４０。所述部件被构造为使得绝缘部件决定传导部件３０与样品表面之间的最小距离。本发明专利技术还可涉及具有这样的探针的扫描探针显微镜以及对应的扫描探针显微镜的方法。因为距样品表面１００的距离实际上由绝缘部件４０决定，所以容易且迅速地实现控制探针２０相对于样品表面的垂直位置。部件的构造允许样品表面的快速扫描，从而可实现高速成像。此外，实施例允许通过隧道效应精确地捕获形貌变化。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及扫描探针显微镜领域。技术背景扫描探针显微镜(SPM)随着扫描隧道显微镜的专利技术而诞生。简单来说，它针对于采用物理探针形成样品表面的图像。SPM技术依赖于恰好在样品表面的上方扫描这样的探针(例如，锋利的针尖)，同时监测探针和表面之间的相互作用。从而，可获得样品表面的图像。典型地，执行样品的光栅扫描，并且将探针-表面相互作用记录为位置的函数。因此， 数据被典型地获得为数据点的二维栅格。所实现的分辨率随着下面的技术而变化在某些情况下可实现原子分辨率。可采用压电驱动器，在直到优于原子标度(scale)的任何希望的长度标度上执行准确和精确的运动。两种主要类型的SPM或许为扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)。STM的专利技术被相关技术家族(包括AFM)的发展迅速跟进，这些相关技术家族与STM —起形成SPM 技术。STM中监测的相互作用是非常接近的导电基板与金属针尖之间的电流隧道效应。 名字源于量子力学概念“隧道效应”。量子力学隧道效应允许粒子隧穿势垒，根据经典物理的范畴它们将不能超越该势垒。然而，在量子世界中，电子可越过针尖与样品之间的经典禁区(classically-forbidden space)。然后，可以两种模式之一执行表面形貌的成像-恒高模式，其中随着针尖平行于表面移动，隧道电流被监测；以及-恒电流模式，其中随着针尖扫描越过表面且测量针尖的偏移，隧道电流保持不变。在AFM技术中，监测针尖与表面之间的力；这可以是短程的Pauli斥力(以接触模式)或者长程的引力(以非接触模式，仅范德瓦尔力)。在STM和AFM 二者中，针尖相对于表面的位置必须通过移动样品或针尖而被非常精确地控制(即在约0.1 A内)。针尖通常非常锋利，理想地在其最靠近表面的点上终止于单个原子。采用的探针针尖典型地由钼/铱或金制造。这样，已知两种获得探针针尖的主要方法酸蚀刻和切削。第一方法涉及首先将线端浸入酸浴(acid bath)中，以及等待直到其已将该线蚀穿，以及下部离开。因此，所产生的针尖在其端部的直径可通常为一个原子。另一种较快的方法是取用细丝并且用便利的工具对其切削。然后，在已知外形的样品上测试通过此方法制造的针尖将表明该针尖是否合适。STM实际上是AFM的先驱，由Gerd Binnig和Heinrich Rohrer早在1980年代早期研发，该研发使他们于1986年获得诺贝尔物理奖。Birmig、Quate和Gerber于1986年专利技术了第一个AFM。此后，公开了大量的SPM方法和装置的变体或改进。例如，US 5059793(A)提供一种扫描型隧道显微镜，其中在与样品的表面条件无关的适当的条件下，可设置用于控制探针和样品之间的距离的伺服系统(servo system)。US 5059793(A)还公开了一种扫描型的隧道显微镜，在实现宽范围扫描操作之后，能够将希望的扫描范围的扫描操作的起始位置设置到希望的位置，而不采用使探针在垂直方向上运动所需的粗运动机构，从而总是正确地设置希望的位置，并且保持放大的图像的可靠性。具体地，用作具有锋利针尖端的金属探针的隧道探针可被支撑在管扫描器(tube scanner)的底表面上。隧道探针被典型地安装以通过10位D/A转换器被提供偏压。另一方面，样品设置在顶表面上。当预置偏压施加到样品上，隧道探针设置为靠近样品的表面约1纳米(nm)时， 隧道电流流入样品中。流入样品中的隧道电流被提供到伺服电路、12位A/D转换器。作为另一个示例，US 5546375(A)提供一种制造精细针尖的方法，该精细针尖用于探测细微的电流或力。该方法的步骤(a)在第一基板的表面中形成凹陷部分；(b)在所述第一基板上形成剥离层；(c)在所述剥离层上层叠精细的针尖材料；(d)将所述剥离层上的所述精细的针尖结合到第二基板；以及(e)在所述剥离层与所述第一基板之间或者所述剥离层与所述精细针尖之间执行剥离，以将所述精细的针尖转移到所述第二基板上。作为又一个示例，US 4 874 945(A)公开了一种配有扫描隧道显微镜的电子显微镜。除单独的专利文件之外，大量的出版物也涉及STM和SPM探针的制造。例如，在标题为“与扫描隧道显微镜结合的SQUID探针显微镜”(“SQUID Probe Microscope Combined With Scanning Tunneling Microscope"Hayashi, Τ. , Tachiki, Μ. , Itozaki, H. , Applied Superconductivity, IEEE Transactions on Volume 17, Issue 2, June 2007Page(s) 792-795 (D0110. 1109/TASC. 2007. 898557)的文章中，描述了一种与扫描隧道显微镜结合的高TC SQUID探针显微镜，用于在室温下的空气中研究样品。高磁导率探针针尖用作磁通引导，以改善空间分辨率。具有小于IOOnm的针尖半径的探针通过微电子抛光制备。该探针也用作扫描隧道显微镜的针尖。样品表面的形貌可通过具有高空间分辨率的扫描隧道显微镜测量。当保持样品表面到探针针尖的距离不变时，可观察SQUID探针显微镜图像。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术提供一种扫描探针显微镜，包括隧道电流传导探针和在操作中适合于测量探针与样品之间的隧道电流的电子电路，其中探针包括隧道电流传导部件和隧道电流绝缘部件，部件被构造为使得绝缘部件决定传导部件与样品表面之间的最小距离。在其它实施例中，所述扫描探针显微镜可包括一个或多个下面的特征-传导部件和绝缘部件被构造为使得探针适合于在样品表面上自调平；-扫描探针显微镜包括允许探针在样品表面上自调平的装置；-传导部件和绝缘部件的感测表面基本齐平；-所述绝缘部件至少部分地围绕传导部件，传导部件例如为探针的内部部件，包封在外部的绝缘部件中；-传导部件包括硅和硅化钼，并且绝缘部件包括二氧化硅；-绝缘部件适于确保隧道电流可被实质地导入样品中。在另一个实施例中，本专利技术还涉及扫描探测方法，包括提供根据上面的实施例的扫描探针显微镜；在扫描探针显微镜中定位样品；通过所述电路测量探针与定位的样品之间的隧道电流。在另外的实施例中，该方法可包括一个或多个下面的特征-该方法还包括作用于探针，例如朝向样品表面对探针施加力；-该方法还包括在样品表面的上方驱动探针；-该方法还包括，在测量之前提供探针，其中传导部件包括硅和硅化钼，并且绝缘部件包括二氧化硅；-所提供的扫描探针显微镜的探针的传导部件和绝缘部件的感测表面基本齐平。-在提供步骤中，所提供的装置包括突起的凸出物，该方法还包括，在测量前，在样品表面上磨损所述凸出物直到所提供的装置的传导部件和绝缘部件的感测表面基本齐平的步骤。-该方法还包括通过测得的隧道电流捕获样品表面的形貌变化；在又一个实施例中，本专利技术涉及用于扫描探针显微镜的探针，包括隧道电流传导部件；以及隧道电流绝缘部件，部件被构造为使得在操作中绝缘部件决定传导部件与要通过扫描探针显微镜分析的样品的表面之间的最小距离。优选地，传导部件和绝缘部件被构造为使得探针适合于在样品表面上自调平。现在将通过非限制性的示例以及参考附图描述实施本专利技术的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种扫描探针显微镜，包括：－隧道电流传导探针；以及－电子电路，适合于在操作中测量所述探针与样品之间的隧道电流，其中所述探针包括：－隧道电流传导部件；以及－隧道电流绝缘部件，所述部件被构造为使得所述绝缘部件决定所述传导部件与所述样品的表面之间的最小距离。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：H巴斯卡兰，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。