[发明专利]一种大长径比探针的组装方法

说明书

本发明公开了一种大长径比探针的组装方法，该探针包括原子力显微镜探针以及位于针尖的纳米结构，该探针的组装方法为：首先将原子力显微镜探针进行亲水处理，然后将亲水处理后的原子力显微镜探针放置于分散有一维纳米材料的混合溶液中进行组装，得到大长径比探针，并且通过调整一维纳米材料混合溶液的浓度，能够得到不同大长径比的探针。本发明提供的大长径比探针的组装方法，简单易行，不需要复杂昂贵的设备，节约成本。对高深宽比复杂微细结构的测量具有高精度的测量能力。本发明克服了当前使用原子力普通硅探针对高深宽比微细结构成像易产生成像假象的问题。

技术领域

本发明属于微纳米制造测量技术领域，具体涉及一种大长径比探针的组装方法。

背景技术

随着现代微细加工技术的不断进步，各种新型微电路、微光学元件、微机械等对其表面形貌测量的需求十分迫切，这些结构广泛依赖于高深宽比复杂微细结构。对于高深宽比复杂微细结构的测量，一般都需要借助直接或间接的显微放大，要求有较高的横向分辨率和纵向分辨率。与平滑表面的测量相比，要测量高深宽比复杂微细结构的真实形貌以及位置偏差是比较困难的。

目前测量方法主要有非接触法和接触法两大类。典型的非接触光学测量技术有三角法和干涉法。前者借助散射原理，由光源发出的一束激光照射在待测物体平面上，通过反射最后在检测器上成像。当物体表面的位置发生改变时，其所成的像在检测器上也发生相应的位移。通过像移和实际位移之间的关系式，真实的物体位移可以由对像移的检测和计算得到。但该方法适合测量大尺寸的结构，对于激光不能照射到的物体表面无法测量。干涉法即由光源射出的一束光由分光镜分为测量光和参考光，分别射向参考平面和目标平面，反射后的两束光在分光镜处重叠并相互干涉。当目标平面移动时，干涉图样的明暗条纹会变化相应的次数并由光电计数器记下其变化次数，由此可以计算出目标平面移动的距离，但测量范围受到光波波长的限制，不适合测量凹凸变化大的复杂曲面。

以Stylus方法为代表的高精度探针式轮廓仪是接触式测量常用的仪器，深度测量精度可达0.1-0.2mm，纵向分辨率取决于与之配套的位移传感器，一般有0.1nm的量级，横向分辨率与针尖半径有关。由于探针要在一定压力下接触被测表面，这样被测表面单位面积上承受的接触压力很大，如果被测表面硬度较低，探针往往会划伤被测表面，因此该方法不适用于铜、铝等软质金属加工出的微纳表面。另外，目前所用探针大部分是金属钨材质或金刚石制成的，尚无可靠工艺使探针的长径比足够大，对高深宽比微细结构的测量无能为力。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷和不足，提供一种大长径比探针的组装方法，以满足高深宽比微细结构测量的稳定可靠、精度高等要求。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种大长径比探针的组装方法，该探针包括原子力显微镜探针以及位于针尖的纳米结构，该探针的组装方法为：

首先将原子力显微镜探针进行亲水处理，然后将亲水处理后的原子力显微镜探针放置于分散有一维纳米材料的混合溶液中进行组装，得到大长径比探针，并且通过调整一维纳米材料混合溶液的浓度，能够得到不同大长径比的探针。

本发明进一步的改进在于，该方法具体包括以下实现步骤：

1)针尖的亲水处理

首先用乙醇或丙酮对原子力显微镜探针的针尖进行淋洗；然后配置亲水溶液，将针尖浸入亲水溶液处理后取出，使得针尖能够吸附一维纳米材料；

2)一维纳米材料混合溶液的配置

分别量取将3-氨丙基三乙氧基硅烷与异丙醇醇溶液，按照体积比3-氨丙基三乙氧基硅烷：异丙醇醇溶液＝1:8-1:10比例配置混合溶液A；将一维纳米材料按照0.00004-0.0005mg/mL的分散浓度均匀分散于异丙醇醇溶液中，再加入上述混合溶液A充分超声分散，得到一维纳米材料混合溶液；

3)大长径比探针的组装