化學(xué)腐蝕抽拉法制備stm探針技術(shù)及其裝置制造方法
【專利摘要】化學(xué)腐蝕抽拉法制備STM探針技術(shù)及其裝置。本發(fā)明涉及一種電化學(xué)制STM探針的技術(shù)。運(yùn)用電化學(xué)腐蝕法及機(jī)械抽拉相結(jié)合的方法，將原來(lái)的中心帶圓孔的圓片狀陰極改為現(xiàn)在的管狀陰極，使原來(lái)的液面腐蝕變?yōu)榻雺A液內(nèi)的全面腐蝕，彌補(bǔ)了原來(lái)的電化學(xué)腐蝕法出現(xiàn)的切斷時(shí)間不好把握、針尖易鈍化彎曲等不足。該裝置具有原理簡(jiǎn)單、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)生產(chǎn)出的針尖具有曲率小、對(duì)稱性高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】化學(xué)腐蝕抽拉法制備STM探針技術(shù)及其裝置
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種電化學(xué)腐蝕及機(jī)械抽拉相結(jié)合制備STM探針的技術(shù)，尤其是電化學(xué)腐蝕是該技術(shù)的關(guān)鍵。
【背景技術(shù)】:
[0002]掃描隧道顯微鏡(STM)是通過(guò)一根探針接近樣品表面，在樣品表面和探針之間加上電壓，利用探針檢測(cè)樣品表面及針尖間的隧道電流的變化，從而了解樣品表面的情況；或者保持探針與樣品間的隧道電流不變，記錄探針高低的變化情況了解樣品表面；總之兩種探測(cè)方法都與探針針尖的單原子化關(guān)系密切。
[0003]如果能做到針尖只有一個(gè)原子，那么探測(cè)的范圍就細(xì)化了，所得的圖像分辨率很高，很可能達(dá)到亞納米級(jí)的分辨率。因而掃描隧道顯微鏡的分辨率很大程度受限于探針的優(yōu)劣，更確切的說(shuō)是探針針尖的優(yōu)劣。通常針尖的制作方法有:手工法、研磨法、離子削銑法、定向爆破法蒸鍍法和化學(xué)腐蝕法。
[0004]其中化學(xué)腐蝕法應(yīng)用最多，原理過(guò)程如下:用一中心有圓孔的圓形金屬片(一般為鉬片或鎳片)置于堿液液面作為電解陰極，將一根鎢絲穿過(guò)空插入堿液中作為電解陽(yáng)極。由于液體表面張力，圓孔處鎢絲浸入的液面較高，在直流或交流電的作用下此處的鎢絲表面溶解，在鎢絲溶斷瞬間切斷電源即可形成鎢針。此方法具有原理簡(jiǎn)單、裝置易于準(zhǔn)備、重復(fù)可控價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是制作過(guò)程中電源切斷時(shí)間不好把握、針尖形成瞬間易彎曲鈍化，形成一個(gè)好的針尖有諸多未知因素。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]為了克服切斷電源的時(shí)間不好控制及針尖形成瞬間易彎曲鈍化的缺點(diǎn)。本發(fā)明技術(shù)采用一般的電化學(xué)和機(jī)械抽拉相結(jié)合`，將電解池的陰極由原來(lái)的帶孔圓片狀改為管狀，腐蝕方式由原來(lái)的液面腐蝕變?yōu)橐后w中的全面腐蝕。橫向通過(guò)化學(xué)腐蝕,縱向采用機(jī)械抽拉，使鎢絲針尖得以形成。此技術(shù)不存在電源的及時(shí)切斷；由于浸在堿液內(nèi)的鎢針全部接受腐蝕，因而就不存在針尖的彎曲和鈍化；用此技術(shù)所得的探針針尖曲率小對(duì)稱性高。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]將鎢絲(I)裝入抽拉裝置(6)中，抽拉裝置(6)連接有步動(dòng)電機(jī)(7)傳動(dòng)，將其再置于支撐板(5)上，支撐板(5)下連接有鎳管(2)，把支撐板(5)放在燒杯之上，將燒杯中倒入堿液(2)，將鎢絲(I)、鎳管(2)引導(dǎo)線分別接入函數(shù)電流輸出儀(9)輸出端口 I的正負(fù)兩極，再將步動(dòng)電機(jī)(7)的電源線引向函數(shù)電流輸出儀(9)的輸出端口 2出。將函數(shù)電流輸出儀(9)的數(shù)據(jù)端口接數(shù)據(jù)線接入計(jì)算機(jī)(10)。最后將燒杯罩上防塵罩(4)(防止塵埃，空氣流動(dòng))。將工作時(shí)的溫度、堿液濃度、鎢絲半徑等對(duì)應(yīng)下的初始腐蝕速率輸入計(jì)算機(jī)執(zhí)行即可。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:[0008]圖1是本發(fā)明技術(shù)裝置的工作結(jié)構(gòu)圖
[0009]圖2是本發(fā)明技術(shù)的原理圖
[0010]圖3是本發(fā)明技術(shù)腐蝕抽拉部分的俯視原理圖
[0011]圖4是一般的化學(xué)腐蝕法制鎢針的原理圖
[0012]圖5.1圖5.2圖5.3是相關(guān)變量的函數(shù)圖象
[0013]圖中:⑴鎢針(陽(yáng)極)⑵堿液(3)鎳管(陰極)(4)防塵罩(5)支撐板
(6)抽拉裝置(7)步動(dòng)電機(jī)(8)電流傳輸線(9)函數(shù)電流輸出儀(10)計(jì)算機(jī)(控制器)(11)抽拉方向(12)腐蝕方向(13)金屬片(陰極)
【具體實(shí)施方式】:
[0014]計(jì)算機(jī)(10)的作用是為了方便監(jiān)控，函數(shù)電流輸出儀是裝置的核心，如圖1連接裝置。此技術(shù)中還涉及相關(guān)的數(shù)學(xué)問(wèn)題，腐蝕速率、抽拉速率及鎢針的吃水深度都有相互的函數(shù)關(guān)系。其關(guān)系如下:
[0015]h = H-K [!+(IA)JVoet 吃水深度與時(shí)間的關(guān)系
[0016]Va = Voet腐蝕速率與時(shí)間的關(guān)系
[0017]k = r/h = Va/Vb = tan α 橫縱比
[0018]Vb = Va/k = ( V0/k)抽拉速率與時(shí)間的關(guān)系
[0019]其中，h吃水深度出初始插入堿液中的深度Λ初始腐蝕速率(與兩極電流有關(guān))；κ校正系數(shù)；t時(shí)間；Va腐蝕速率；Vb抽拉速率；r鎢絲半徑；k橫縱比；α針尖的半夾角
[0020]工作過(guò)程中鎢絲⑴鎳管(3)之間的電流恒定，即函數(shù)電流輸出儀(9)輸出端口 I電流恒定。輸出端口 2即步動(dòng)電機(jī)(7)的電流按抽拉速率隨時(shí)間的函數(shù)變化正比輸出。而核心部件函數(shù)電流輸出儀就是一個(gè)按以上規(guī)律調(diào)節(jié)電流的特制電路儀器。將一系列函數(shù)輸入計(jì)算機(jī)則是監(jiān)控裝置隨時(shí)工作的情況。用此技術(shù)制備探針時(shí)其針尖曲率可以通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電流來(lái)調(diào)節(jié)，可以用此技術(shù)此裝置來(lái)大量生產(chǎn)探針以滿足掃描隧道顯微鏡的需要。
【權(quán)利要求】
1.一種運(yùn)用電化學(xué)腐蝕與機(jī)械抽拉相結(jié)合制備STM探針的技術(shù)。
2.采用管狀的陰極； 陰陽(yáng)極間的電流恒定；鎢絲隨時(shí)間逐步離開(kāi)堿液。
【文檔編號(hào)】C25F7/00GK103510148SQ201310451242
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】焦富馬 申請(qǐng)人:焦富馬