[发明专利]磁-电-热多参量耦合显微镜探针、其制备方法与探测方法

权利要求书

1.一种热信号与导电信号可同时探测并且互不干扰的磁-电-热多参量耦合显微镜探针，包括探针臂，以及与探针臂相连的针尖本体，所述探针本体的尖端用于与样品接触或者非接触，以测量样品的热、电、磁信号；其特征是：自探针臂与针尖本体表面向外，依次覆盖着金属热电阻层、导热绝缘层、磁性导电层；

所述的金属热电阻层覆盖着至少部分探针臂与部分针尖本体表面，并且覆盖着探针本体的尖端；所述的金属热电阻层与外部电路构成热电回路；

所述的导热绝缘层覆盖着整个探针臂与针尖本体表面；

所述的磁性导电层覆盖着整个探针臂与针尖本体表面；所述的磁性导电层与样品、外部电路构成导电回路。

2.根据权利要求1所述的磁-电-热多参量耦合显微镜探针，其特征是：所述的针尖本体的三维结构包括棱锥、圆锥、棱台、圆台。

3.根据权利要求1所述的磁-电-热多参量耦合显微镜探针，其特征是：自探针臂与针尖本体表面向外，依次覆盖着过渡层、金属热电阻层、导热绝缘层与磁性导电层。

4.根据权利要求3所述的磁-电-热多参量耦合显微镜探针，其特征是：所述的过渡层材料包括铬、钛、镱中的一种金属及其合金。

5.根据权利要求1所述的磁-电-热多参量耦合显微镜探针，其特征是：所述的金属热电阻层材料包括钯、金、铋、镍、钴、钾、石墨、石墨烯中的一种或者两种以上的组合。

6.根据权利要求1所述的磁-电-热多参量耦合显微镜探针，其特征是：所述的导热绝缘层材料包括氧化锌、铁酸铋、钴酸锂、氧化镍、氧化钴、氧化铜、二氧化硅、氮化硅、二氧化钛、五氧化二钽、五氧化二铌、氧化钨、二氧化铪、氧化铝、氧化石墨烯、非晶碳、硫化铜、硫化银、非晶硅、氮化钛、聚酰亚胺、聚酰胺、聚西弗碱、聚砜中的一种或者两种以上的组合。

7.根据权利要求1所述的磁-电-热多参量耦合显微镜探针，其特征是：所述的磁性导电层材料包括铁磁性金属铁、钴、镍及磁性合金。

8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的磁-电-热多参量耦合显微镜探针的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：利用磁控溅射技术在整个探针臂与针尖本体表面沉积金属热电阻层；

步骤2：利用磁控溅射技术或者脉冲激光技术在金属热电阻层表面沉积导热绝缘层；

步骤3：利用磁控溅射技术在导热绝缘层表面沉积磁性导电层。

9.根据权利要求8所述的磁-电-热多参量耦合显微镜探针的制备方法，其特征是：当所述的金属热电阻层与探针、针尖本体之间存在过渡层时，在所述步骤1之前进行如下步骤：

利用磁控溅射技术在整个探针臂与针尖本体表面沉积过渡层。

10.根据权利要求8所述的磁-电-热多参量耦合显微镜探针的制备方法，其特征是：当所述的金属热电阻层仅覆盖部分探针臂与部分针尖本体表面时，假设整个探针臂与针尖本体表面中，被金属热电阻层所覆盖的区域为区域A，剩余未被金属热电阻层所覆盖的区域为区域B，那么：

(1)当所述的金属热电阻层与探针、针尖本体之间不存在过渡层时，上述步骤1与步骤2如下：

步骤1：利用磁控溅射技术在整个探针臂与针尖本体表面沉积金属热电阻层；然后，用聚焦离子束技术去除覆盖在区域B表面的金属热电阻层；

步骤2：利用磁控溅射技术在步骤1制得的仅覆盖着区域A的金属热电阻层的表面，以及区域B的表面沉积导热绝缘层；

(2)当所述的金属热电阻层与探针、针尖本体之间存在过渡层时，上述步骤1与步骤2如下：

步骤1：利用磁控溅射技术在整个探针臂与针尖本体表面沉积过渡层；利用磁控溅射技术在整个探针臂与针尖本体表面沉积金属热电阻层；然后，用聚焦离子束技术去除覆盖在区域B表面的过渡层与金属热电阻层；

步骤2：利用磁控溅射技术在步骤1制得的仅覆盖着区域A的金属热电阻层的表面，以及区域B的表面沉积导热绝缘层。

11.采用权利要求1至7中任一权利要求所述的磁-电-热多参量耦合显微镜探针探测样品的形貌与磁信号、热信号以及电信号的方法如下：

(1)用于探测样品的表面形貌与磁信号

探针驱动单元驱动探针，使其针尖本体的尖端位移至样品表面某初始位置，探针自该初始位置沿横向对样品表面进行定向扫描，扫描过程中控制针尖本体的尖端与样品表面点接触或振动点接触，采集针尖本体的纵向位移信号或振动信号，经分析得到样品的形貌图像；

探针返回至所述的初始位置并且向上抬高一定距离，然后按照所述的横向对样品表面进行定向扫描，扫描过程中控制针尖本体的尖端沿所述的形貌图像进行纵向位移或者振动，采集针尖本体的纵向位移信号或振动信号，经分析得到样品的磁信号图像；

(2)用于探测样品的热信号

外部电路与探针的金属热电阻层形成闭合的热电回路；探针驱动单元驱动探针位移至样品表面某位置，使针尖本体的尖端与样品表面相接触，外部电路对针尖本体的尖端施加电信号，电流流入针尖本体并对其进行加热，针尖本体与样品进行热交换，使热学回路中的电压信号发生变化，经采集、分析，得到样品的热信号图像；

(3)用于探测样品的电信号

外部电路、探针的磁性导电层，以及样品形成闭合的电学回路；探针驱动单元驱动探针位移至样品表面某位置，使针尖本体的尖端与样品表面相接触，外部电路对针尖施加电信号，该电信号流入探针的磁性导电层以及样品，形成电压信号，经采集，分析，得到样品的电信号图像。