[发明专利]集成超声换能器的AFM探针阵列

说明书

技术领域

本发明涉及原子力显微镜以及超声检测领域，尤其涉及一种集成超声换能器的AFM探针阵列。

背景技术

1986年，G.Binnig和C.F.Quate研制成功原子力显微镜(Atom Force Microscope，AFM)，AFM利用原子间相互作用力来检测样品表面形貌，能够实现对导体、半导体以及绝缘体材料表面原子级的观察。但是传统的AFM技术无法探测样品内部的结构信息，只能进行表面成像分析，因此检测样品内部结构信息时需要寻求其他手段。另外，AFM成像速度也十分重要，单个AFM探针扫描使得成像速度受到限制。

超声成像技术利用超声波信号在不同介质里传播时发生反射，通过对反射信号进行接收、处理，从而检测样品内部形貌，是重要的样品内部成像手段。在超声成像技术中，实现超声波的发射与接收的装置是超声换能器，通常由压电材料制作，能够产生和接收超声波信号。

针对AFM不能对内部成像以及单个探针扫描速度慢的问题，本发明提出一种集成超声换能器的AFM探针阵列。与单个AFM探针相比，阵列型探针结构能够实现样品的快速扫描成像，同时超声换能器能够实现对样品内部结构的检测。应用此探针阵列，结合相应外围电路，可实现原子力成像或超声成像的单独检测，也可以两者同时进行成像检测。

发明内容

本发明的目的在于提出一种集成超声换能器的AFM探针阵列结构，在探针上集成超声换能器解决了样品的内部成像问题，且阵列式的探针结构提高了成像速度。

为了实现上述目的，本发明提供一种集成超声换能器的AFM探针阵列，包括：

一基座，该基座为矩形；

多个微悬臂梁，其分别与基座的一侧边连接，每一微悬臂梁上制作有针尖；

多个超声换能器，其分别制作在多个微悬臂梁的背面及或基座的背面；

其中多个微悬臂梁和多个超声换能器组成探针阵列。

从上述技术方案可以看出，本发明的有益效果是：

1、本发明提出在AFM探针上集成超声换能器，运用超声检测原理，能够实现对样品内部的成像分析。

2、本发明提出阵列式的AFM探针结构，扩大扫描范围，解决单个探针扫描成像速度慢的问题。

3、本发明提出的梳齿型或圆环型阵列式结构，除了加快扫描成像速度外，在超声检测方面能够提高超声成像的分辨率。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：

图1为本发明第一实施例集成超声换能器的梳齿型AFM探针阵列；

图2为本发明第二实施例集成超声换能器的圆环型AFM探针阵列；

图3为图2圆环型AFM探针的针尖阵列分布示意图，显示开口及针尖的位置；

图4为超声换能器的侧视结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3及图4所示，本发明提供一种集成超声换能器的AFM探针阵列，包括：

一基座10，该基座10为矩形，所述基座10的厚度为300-500um；

多个微悬臂梁20，其分别与基座10的一侧边连接，每一微悬臂梁20、20’上制作有针尖21、21’所述微悬臂梁20、20’的厚度为1-10um，宽度为30-50um；

多个超声换能器30、30’，其分别制作在多个微悬臂梁20、20’的背面及或基座10的背面，所述超声换能器30、30’包括一上电极31，及依次连接的一压电薄膜32和一下电极33，上、下电极31、33的材料为金、铂金、铝或铜，压电薄膜32的材料为AlN、PZT、LiNbO₃或ZnO，所述超声换能器30、30’的厚度为3-300um；

其中多个微悬臂梁20、20’和多个超声换能器30、30’组成探针阵列，所述探针阵列是采用MEMS微加工工艺在硅片上制作，探针阵列的形状为梳齿型或者圆环型，所述探针阵列的形状为圆环型时，最内侧的圆环为封闭圆环，其他每个圆环型均开有一开口22，该开口22位于基座10的正前方，该圆环型的一半位于基座10的背面，所述探针阵列上的针尖21、21’按照扫描阵列点的规律排列。

在梳齿型探针阵列中，微悬臂梁20长100-300um，阵列间距30-50um。