[发明专利]一种超高密度信息存储用纳机电探针的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于超高密度探针存储的纳机电探针，更确切的说是一种可用于原子力显微镜，以金属硅化物为针尖的导电探针，属于微/纳机电系统（M/NEMS）器件制备技术领域。

背景技术

各种扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope，SPM）已广泛应用于材料、物理、化学、生物、微电子、信息技术等领域。在数据存储器中，用作存储数据的信息点尺寸大小是影响存储密度的最直接因素。由于SPM技术能够直接对单原子进行操作，因此可以利用扫描探针对存储介质施加局域的电、磁、光、热等作用，以此改变材料的局域形貌、电、磁、光等特性，由于改变特性的区域只有几纳米到几十纳米，如果用这些区域来记录信息，就可以将扫描探针的高分辨特性转化为数据信息的超高密度存储。目前，基于扫描探针显微镜的信息存储技术已经成为超高密度信息存储技术的研究热点，利用不同类型的SPM、不同的数据存储介质提出了多种探针存储方案[姜桂元等. 化学进展,2007,19(6):1034-1040]，其中基于原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）和相变薄膜材料的存储技术具有潜在的高存储密度、高存储速度和低成本优势。 

在基于相变材料的探针存储技术中，常用的相变材料是GeSbTe和AgInSbTe等碲基合金为代表的硫系化合物薄膜。图1所示为探针相变存储的原理图：制备在基体9上的多层薄膜的相变层7初始时为晶态薄膜，在AFM的导电探针6与电极层8之间施加一个纳秒（ns）级短而强的电脉冲，电流经由电极层8流出，电流引起的焦耳热效应使针尖部位的存储介质实现晶态向非晶态的相变，从而实现信息的写入；信息擦除时，在非晶态信息点部位施加一个宽而强度低一些的电脉冲，焦耳热使信息记录点实现非晶态向晶态的转变；信息读取时，在探针上施加一个强度较弱的脉冲，使其产生的热量不至于超过结晶温度，以免引起材料的相变，随后探针开始扫描，电流通过电极层8与外界电流电压转换模块10相连后转接回显微镜形成回路，当探针和信息记录点(非晶态)接触时，其电阻值将显著提高，通过检测电流像的变化，实现信息的读取。Satoh等人[H.Satoh，et al. Journal of Applied Physics,2006，99:024306]已经在硫系薄膜上获得了直径10-70纳米的信息记录点，实现了1TB/in²以上的超高存储密度。

在所有的探针存储方案中，探针的针尖直径是决定信息记录点尺寸大小（也就是存储密度）的决定性因素之一，因此存储用探针必须具有纳米级尺度的针尖；另外，探针在存储介质表面扫描时会产生摩擦，实用化的存储探针需要能够承受几千米的扫描行程，所以针尖又必须具有优异的耐磨损性能；而对于相变探针存储来说，探针除了要满足上述要求之外，还必须具有良好的导电性能。目前用于AFM导电测试的导电探针主要有两类：一类是镀有钨（W）、铂（Pt）、金（Au）等导电涂层的氮化硅（Si₃N₄）或多晶硅探针，这类探针为了尽量减小针尖直径，镀层一般只有几个纳米，极易磨损，而磨损后就失去了探针的导电性；另一类是用W、Pt或者Pt-Ir（铱）合金制备的整体式金属探针，如中国专利号为200710009311.4、名称为铂-铱针尖的制备方法及其装置，利用电化学腐蚀方法制备出了直径10nm的Pt-Ir探针，这类整体式金属探针虽然具有优异的导电性和良好的硬度和耐磨性，但是其价格昂贵，更重要的是其制备工艺不能与M/NEMS技术兼容，无法制备成高密度存储所需的低成本、大规模探针阵列。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种超高密度信息存储用纳机电探针的的制备方法，利用成熟的M/NEMS技术制备成本较低的、导电性能和耐磨损性能良好的悬臂梁纳机电探针。

本发明采用的技术方案是采用如下步骤：

1、在单晶硅基体1的两面用热氧化法分别制得正面SiO₂钝化层和背面SiO₂钝化层；

2、光刻正面SiO₂钝化层，形成刻蚀针尖形成的窗口和针尖掩膜，针尖掩膜靠近单晶硅基体前端，剩余的正面SiO₂钝化层位于单晶硅基体后端，刻蚀针尖形成的窗口位于针尖掩膜和剩余的正面SiO₂钝化层之间；

3、用氢氧化钾溶液对所述刻蚀针尖形成的窗口进行各向异性湿法刻蚀，制得悬臂梁正面窗口和固定锚，固定锚在悬臂梁正面窗口的后侧壁上；