一种适用于原子力显微镜的金属探针制备方法.docx

一种适用于原子力显微镜的金属探针制备方法
一种适用于原子力显微镜的金属探针制备方法
本发明涉及一种适用于原子力显微镜(AFM)的金属探针制备方法，具备成本低、成功率高、针尖用途广泛等优点。制作的主要步骤：第一，电化学刻蚀金属丝，获得末端针制备方法，能制作多种金属材料的探针，导电性好，末端尖锐，成功率高，适合于AFM、基于AFM的各种电学测量技术、AFM局域阳极氧化刻蚀以及基于AFM的针尖增强拉曼光谱技术等。制造成本低，每根探针的材料成本低于10元人民币。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]一种适用于原子力显微镜的金属探针制备方法，包括以下步骤:
[0009]第一，电化学刻蚀金属丝(I)，获得末端尖锐的针尖(2);
[0010]第二，采用硅片或多晶蓝宝石片(3)或其它类似物压平靠近针尖末端的金属丝，在光学显微镜的辅助下控制压平金属丝时的预留长度，预留长度为50-5000微米，压平的部分将作为AFM探针的悬臂(4);
[0011]第三，采用镊子或者刀片(5)或其它类似工具，在光学显微镜的辅助下，将针尖末端弯折45-90°，弯折的部分作为AFM探针的针尖；
[0012]第四，用胶水(6)将悬臂粘接到特定的基片(7)上。
[0013]其中，(I)电化学刻蚀金属丝
[0014]电化学刻蚀的方法已经广泛用于制备多种材料的金属针尖，经过几十年的发展，刻蚀条件已经非常成熟，获得的针尖末端尖锐、重现性好，并且通过调控刻蚀条件可以方便地获取不同形貌的针尖。本发明采用了电化学刻蚀的方法，充分利用了电化学刻蚀的优势，可以高成功率、高重现地制备多种材料的金属针尖。电化学刻蚀采用两电极或三电极体系，以待刻蚀的金属丝作为工作电极，施加直流或交流电压，刻蚀完成后迅速切断电压。以刻蚀金丝为例,刻蚀剂为体积比为1:1的浓盐酸+无水乙醇,金丝做工作电极,金环电极做对电极，组成双电极体系，，刻蚀完成后迅速切断电位。获得的金针尖表面光滑，末端尖锐，大于90%的针尖末端曲率半径小于20nm。本发明所用的金属丝的直径范围可以为25-250微米。
[0015](2)采用硅片或多晶蓝宝石片压平靠近针尖末端的金属丝
[0016]将电化学刻蚀获得的金属针尖置于两片平滑的抛光硅片(对于硬度较大的金属丝，可采用多晶蓝宝石片)之间，针尖末端预留一定长度，通过台钳或老虎钳对硅片施压，从而将靠近针尖末端的金属丝压平，获得光滑、平整的悬臂，悬臂厚度与所加压力有关。力常数、共振频率等重要参数与悬臂厚度直接相关，因此可以通过调节对硅片施加的压力来调控悬臂厚度，进而获得不同性能的探针。本发明制作的金属悬臂反射性极佳，不需要镀膜，有效避免了镀层对Q值的负面影响，Q值通常高达400左右，保障了 AFM的高灵敏度和低噪音。
[0017]压平针尖时，末端的预留长度也很重要，此部分针尖将作为后续AFM探针的针尖。预留长度越长，针尖越重，会一定程度地降低探针的共振频率。因此，在保证制作过程比较便利的情况下，应该尽可能地减小预留长度。当预留长度减小到200微米左右时，探针制作仍然非常容易，同时对悬臂共振频率带来的负面影响非常低。本发明最低可将预留长度减小到50微米左右。对于一些特殊应用，比如液相AFM，为了保障高的Q值，可以只将针