SPM針尖制備技術研究及應用.pdf

1、隨著納米科技的發(fā)展，掃描探針顯微鏡(Scanning Probe Microscopy)技術因其直接反應樣品表面形貌、粘彈性、摩擦力、吸附力和電磁場分布等信息的優(yōu)勢已經成為納米測量強有力的手段。探針作為SPM的核心部件，直接影響著樣品成像質量及研究成果，批量制備重復率高、大長-徑比的納米級探針仍是國內外學者研究的熱點，大長-徑探針使SPM測量出深溝槽以及近似鉛垂側面樣品的真實形貌成為可能，因此課題組展開了對掃描探針顯微鏡探針制備技術的研

2、究。
　　論文設計并搭建了基于電化學腐蝕法制備探針的完整系統(tǒng)，系統(tǒng)機械裝置可保證探針制備過程中的穩(wěn)定性，避免電極的微動和電解液面的波動對探針形成質量的影響。運用步進精度為50nm的電機控制探針的提拉和給進深度。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間和曲率半徑，最終確定采用反饋控制技術在幾百納秒內切斷腐蝕電路，保護探針針尖的原子不被再腐蝕。軟件控制完成腐蝕電流信號的采集，采用VB編寫上位機控制界面，實現(xiàn)了探

3、針制備的自動化控制，減少了人為誤差對理論分析和實驗結果的影響。機械裝置與控制系統(tǒng)的高效結合保證了探針制備的成功率和穩(wěn)定性。
　　在電化學腐蝕探針機理的研究基礎上，解決了電解過程中腐蝕工藝的難點，經過大量實驗分析了斷電時間、電解電壓、電解液濃度、浸沒深度對探針針尖的曲率半徑、長-徑比、形貌的影響，最終得到靜態(tài)電化學腐蝕的最佳腐蝕參數(shù)為電解液濃度1.5mol/L、電解電壓12V、浸沒深度0.4mm。通過對各控制參數(shù)的不斷優(yōu)化與分析，最

4、終成功制備出重復率達91.2％、曲率半徑小于5nm、長-徑比達50k∶1的理想型指數(shù)輪廓的SPM鎢探針。將靜態(tài)腐蝕與動態(tài)腐蝕法結合，制備出了多直徑探針和可控圓錐形探針，使深溝道樣品的測量成為可能，也可與電火花等技術結合，展開納米操作和生物細胞等領域的研究，自制的多形貌探針拓寬了SPM探針的應用領域。
　　最后，設計石英音叉與探針的粘接系統(tǒng)，構成了音叉式原子力顯微鏡測頭。研究了測頭微弱信號處理的相關技術，設計出的前置放大電路與鎖相放