[发明专利]一种原子力显微镜用亚微米探针的制备方法

说明书

本发明公开了一种原子力显微镜用亚微米探针的制备方法，包括以下步骤：一、通过FIB技术把微悬臂探针的前端切割成平台；二、将用于制备探针的微球颗粒分散在标记有位置的硅片模板上，并根据标记记录下微球颗粒的位置；三、步骤一中制备好的探针替换商用探针；四、使步骤一得到的平台充分粘上环氧胶；五、利用原子力显微镜自带的高分辨光学显微镜和位置控制系统寻找步骤二中记录的微球颗粒位置，精确定位进针，使微球颗粒能够粘接在探针上，得到原子力显微镜用亚微米探针。本发明的方法可在空气中把亚微米颗粒粘附在针尖上，可用于不同环境条件下检测颗粒材料与其他材料之间的相互作用力以及摩擦等机械性能，可用于生命科学和材料科学等领域。

技术领域

本发明属于原子力显微镜探针的修饰和加工技术领域，尤其涉及一种原子力显微镜用亚微米探针的制备方法。

背景技术

原子力显微镜(AFM)自1986年才发明的一种具有高分辨率的科学仪器，已经在化学、生物、物理和材料科学领域以及半导体、集成电路等工业领域获得了广泛的应用。主要是因为其具有原子级的空间分辨率，具有多种成像模式，可以表征材料表面微观形貌，还可以表征其电磁性质；另外，利用针尖与样品间的相互作用力，可以表征材料表面的力学性质，如弹性模量、粘滞力和摩擦性质；同时，还可以在空气、液体和真空环境中进行工作。

AFM实现高分辨检测的关键部件之一是探针。探针主要由基底、微悬臂和针尖组成，在测试过程中，针尖接触到样品表面，产生了相互作用力，造成探针微悬臂的弯曲，通过检测微悬臂的弯曲大小，从而得到各种信息。探针的参数和精度对测试结果具有重要的影响，常规的商业探针通常是利用半导体材料通过刻蚀、沉积等技术加工成的基底-微悬臂-针尖一体化结构。尖锐的针尖位于微悬臂自由端，针尖通常为四椎体或圆锥体形状，曲率半径为几纳米到几十纳米。主要的针尖材料为硅、氮化硅和特定的金属。

对于一些特殊材料之间力学特性的研究已经得到了广泛的关注，如药物颗粒与细胞之间的相互作用力的研究，利用常规的商业探针和胶体探针不能直接得到需要的结果。

因而，还会有一些球状的胶体探针。使用的小球直径一般在几微米到几十微米大小，在光学显微镜下，通过胶水粘接在无针尖的悬臂上。制备出来的针尖与样品具有较大的接触面积。对于此类尺寸较大的微米级胶体颗粒，比较容易在光学显微镜下进行粘接在悬臂上(CN107796958A)。

但是对于亚微米的颗粒来说，光学显微镜的放大倍数不够，不能直接观察到颗粒的位置，同时，微悬臂上的胶水的厚度如果较大的话，多余的胶水会覆盖亚微米颗粒，造成颗粒表面材料性质的改变。

发明内容

鉴于现有技术上的缺陷，本发明要解决的技术问题是如何对亚微米颗粒进行精确定位，从而开发一种制备良好的原子力显微镜用亚微米探针的方法。

具体技术方案是：一种原子力显微镜用亚微米探针的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、通过聚焦离子束飞行时间二次离子质谱(FIB)仪，把微悬臂探针的前端切割成平台；

步骤二、将用于制备探针的微球颗粒分散在标记有位置的硅片模板上，并通过原子力显微镜根据标记记录下微球颗粒的位置；

步骤三、步骤一中制备好的探针替换原子力显微镜上的商用探针；

步骤四、把带有环氧胶水层的载玻片或硅片固定在原子力显微镜的样品台上，利用原子力显微镜自带的高分辨光学显微镜和位置控制系统移动到环氧胶水层相对较薄的区域，调节原子力显微镜接触模式下进针，探针接触到环氧胶表面后，使步骤一得到的平台充分粘上环氧胶，然后退针；