[发明专利]一种扫描探针及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于新型扫描隧道显微镜的新型扫描探针及其制备方法，所述扫描探针包括：探针本体，所述探针本体包括针尖和承载所述针尖的微悬臂，所述微悬臂设有上表面和与所述上表面对应的下表面，所述针尖连接于所述微悬臂的上表面靠近端部；覆盖所述微悬臂的上表面以及所述针尖的金属导电层；覆盖所述金属导电层的绝缘层；覆盖所述微悬臂的下表面的金属反射层。通过引入绝缘层，形成一种新型扫描探针，能够实现通过原子力大小对扫描探针与样品间是否接触、接触距离等的反馈控制，拓宽扫描隧道显微镜的应用领域。

技术领域

本发明属于测量检测设备领域，特别是涉及一种扫描探针及其制备方法。

背景技术

近年来随着凝聚态物理的发展，很多量子材料都被发现具有非常有趣的非常规边界态，比如量子霍尔效应、量子反常霍尔效应、量子自旋霍尔效应和二维量子拓扑绝缘体等。人们通常将这些具有边界态的研究对象放置在导电的衬底上进行测量，但是这种测量具有间接性，它很容易受导电衬底的影响，也有可能在边界吸附东西；此外，由于这些新型材料均具有较小的能带带隙，只有在低温和强磁场条件下才能测量得到较好的实验结果，因此测量过程较为复杂，通常需要扫描隧道显微镜(STM)来进行测量。

STM是物理测量中常用的一种探测空间中电学分布的手段。STM的扫描原理是在扫描探针和待测样品之间施加一个偏压，当两者靠得非常近，距离小于一纳米时，电子会在探针和样品之间发生隧穿效应，通过检测隧穿电流的大小，来反应样品的形貌信息。它具有很高的空间分辨，不仅能够在纳米尺度上观测原子，而且能探测到材料的电子态。以上提及的新型量子材料，其边界态的空间尺度在几个纳米量级，如果直接测量这些边界态以及电子态密度的空间分布，STM显然是一个非常好的选择。然而，现实中STM很难直接测量，因为这些导电边界的旁边就是绝缘衬底，STM在扫描的过程中，很容易就移动到绝缘衬底表面。STM具有两种测量模式，固定电流测量高度和固定高度测量电流。通常的STM的高度控制采用了电流反馈机制，当STM的针尖扫描至绝缘区域，电流会急剧减小，电流反馈机制导致STM判断针尖与样品表面的距离较大，负责控制针尖与样品距离的压电陶瓷动作减小该距离，最终导致针尖与样品发生碰撞而造成损坏。

除此之外，进行STM测量时，探针材料一般是单质金属(W)或者铂-铱(Pt/Ir)合金等，待测样品必须是金属(或半导体)材料；由于气体分子对针尖的影响，扫描过程必须要在超真空中进行；为了降低热噪声的影响，测量往往在极低温下进行；另外，待测样品还需要表面非常平整，以减小对扫描探针针尖的损伤，这极大地限制了STM的应用范围。

原子力显微镜(AFM)是纳米科学与工程领域的重要检测手段，可以通过对纳米尺度针尖与样品表面微区力的检测实现微区形貌的测量。其主要工作原理是：针尖与样品之间的作用力取决于它们之间的距离，针尖依附在微悬臂上，一束激光照在微悬臂梁上，可以检测微悬臂的弯曲。所以原子力显微镜工作时每改变一次针尖和样品的距离，就改变了衬底对针尖的排斥力，使得针尖依附的微悬臂弯曲，激光反射角改变，最终以反射角的改变记录下针尖-样品间距，通过扫描整个样品获得样品的形貌图。AFM对待测样品的要求非常宽松，样品可以导电也绝缘，同时对样品表面粗糙度要求也不高，扫描可以在气体和液相氛围中进行。

基于AFM工作原理的启发，要想拓展STM的应用领域就必须改变其测量的反馈机制，即保留电流反馈机制的同时，实现原子力反馈机制。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种扫描探针及其制备方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种扫描探针，所述扫描探针包括：

探针本体，所述探针本体包括针尖和承载所述针尖的微悬臂，所述微悬臂设有上表面和与所述上表面对应的下表面，所述针尖连接于所述微悬臂的上表面靠近端部；

覆盖所述微悬臂的上表面以及所述针尖的金属导电层；

覆盖所述金属导电层的绝缘层；