[发明专利]一种制备针尖、探针的方法以及针尖、探针

说明书

本发明提供了一种制备针尖、探针的方法以及针尖、探针，该制备针尖的方法包括：通过化学气相沉积方式生长碳纳米管；控制气态过渡金属化合物与所述碳纳米管接触，所述气态过渡金属化合物在所述碳纳米管上沉积成至少一个具有一定结构的晶体；每一个所述晶体与通过范德华力连接的一段所述碳纳米管组成一个针尖。本发明提供的方案能够有效地提高碳纳米管针尖的制备效率。

技术领域

本发明涉及器件制造领域，特别涉及一种制备针尖、探针的方法以及针尖、探针。

背景技术

随着物理、化学、生物、材料等领域对微结构的探索，能够检测微观结构，甚至分子或原子结构的扫描探针显微技术如原子力显微镜

(AtomicForceMicroscope，AFM)应用越来越广泛。而影响扫描探针显微技术成像分辨率的关键因素之一为探针的性能如探针针尖的形状、尖端半径等。

目前，扫描探针显微技术常用的针尖主要采用硅或氮化硅材料，通过光刻或刻蚀等维纳加工技术制得。而通过光刻或刻蚀硅或氮化硅材料得到的针尖尖端半径一般为30～50nm，大大限制了成像分辨率。

碳纳米管作为新型的纳米材料，不仅具有很高的纵横比，而且具有很大的杨氏模量，这些性质使得碳纳米管成为理想的针尖材料。当前研究也已表明，与常用的硅或氮化硅针尖相比，单根碳纳米管作为针尖能够有效地提高成像分辨率。目前，碳纳米管针尖的制备方法主要是，在已有的硅或氮化硅针尖上原位生长碳纳米管。而原位生长方式无法控制碳纳米管生长的位置或方向，因此，现有的这种原位生长方式，常常造成碳纳米管针尖的制备效率较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种制备针尖、探针的方法以及针尖、探针，能够有效地提高成像分辨率。

本发明提供了一种制备针尖的方法，通过化学气相沉积方式生长碳纳米管；还包括：

控制气态过渡金属化合物与所述碳纳米管接触，所述气态过渡金属化合物在所述碳纳米管上沉积成至少一个具有一定结构的晶体；

每一个所述晶体与通过范德华力连接的一段所述碳纳米管组成一个针尖。

上述制备针尖的方法中，由于碳纳米管的表面积较大，其与沉积的晶体能够通过范德华力比较稳固的连接，使得晶体与碳纳米管组成的针尖比较稳固，另外，通过研究表明，上述气态过渡金属化合物在单根碳纳米管上沉积成一定结构的晶体，而且一根碳纳米管可以沉积出多个一定结构的晶体，即通过上述过程一根碳纳米管可以产生多个针尖，因此，本发明提供的方案能够有效地提高碳纳米管针尖的制备效率。

同时，与现有的硅或氮化硅材料针尖相比，碳纳米管的直径大大减小，一般为3～5nm，因此本发明实施例提供的针尖能够识别3～5nm范围内的形貌等，从而有效地提高了成像分辨率。

可选地，所述通过化学气相沉积方式生长碳纳米管，包括：

在基底上设置狭缝；

以金属纳米颗粒作催化剂，将所述基底加热至800℃～1100℃，并控制碳源气体、氢气和水蒸气组成的混合气体流经所述基底，以在所述基底上以及所述狭缝中间，生长碳纳米管。

其中，在基底上设置狭缝的过程可以包括：在一块尺寸较大的基底表面黏附多块尺寸较小的基底，其中，尺寸减小的基底之间的缝隙即为狭缝。或者，通过光刻法在基底上刻出一个个狭缝。

基底一般为硅材质的基底。

另外，金属纳米颗粒可以为Fe、Mo、Cu以及Cr中的任意一种纳米颗粒。

上述金属纳米颗粒的制备过程可以为：将Fe、Mo、Cu和Cr中任意一种的金属氯化物的乙醇溶液或水溶液涂抹于基底上，然后将基底置于反应器中并加热述反应器至600℃～1000℃时，向所述反应器中通入氢气或氢气与惰性气体的混合气体进行还原反应，制得金属纳米颗粒。