碳納米管原子力顯微鏡探針制備方法與應用研究.pdf

1、自1996年首次提出將碳納米管(carbon nanotube，CNT)作為原子力顯微鏡(atomic force microscope，AFM)探針以來,碳納米管探針的制備、表征等研究得到了廣泛關注,目前制約CNT探針應用的核心問題是制備效率較低和探針成像假象。本文系統(tǒng)研究碳納米管原子力顯微鏡探針(Carbon Nanotube Atomic Force Microscope Probe，CNT探針)的制備工藝,基于掃描電鏡(Scan

2、ning Electron Microscope，SEM)和聚焦離子束(Focused Ion Beam，F(xiàn)IB)系統(tǒng)的雙束系統(tǒng)以及納米操縱儀顯微制造及操縱平臺,將CNT探針的制備工藝分為CNT探針組裝以及CNT探針幾何參數(shù)控制兩大技術要素。通過優(yōu)化CNT載體和掃描電鏡的相關工作參數(shù)實現(xiàn)CNT探針的高效組裝。優(yōu)化了電子束誘導鉑沉積工藝(Electron Beam Induced Deposition，EBID)的效率,并利用其實現(xiàn)CNT

3、和原子力顯微鏡硅探針針尖的結(jié)合強度優(yōu)化。
　　CNT探針的關鍵幾何參數(shù)包括CNT的角度、直線度以及長度等參數(shù),使用聚焦離子束輻照進行CNT的角度和直線度控制,通過優(yōu)化聚焦離子束的能量和束流等參數(shù)最大程度地減小FIB對CNT的管身帶來的損傷;研究使用“納米刀”技術進行CNT截斷,實現(xiàn)了CNT探針長度的高精度控制。
　　通過AFM表征和SEM原位觀測發(fā)現(xiàn),對于大長徑比的CNT探針而言,由于其橫向剛度過低,CNT探針在與樣品接觸過

4、程中,會發(fā)生顯著的吸附-粘附-彎曲-抬離的相互作用,使得大長徑比CNT探針不可避免的產(chǎn)生成像假象。因此論文在系統(tǒng)分析成像假象產(chǎn)生機理的基礎上,提出并系統(tǒng)研究使用EBID進行碳納米管管身的局部橫向剛度增強以消除成像假象,解決了成像假象對CNT探針應用帶來的制約。通過FIB加工技術得到一系列典型的微納米溝槽,系統(tǒng)分析了較小長徑比CNT探針和經(jīng)橫向剛度增強后的大長徑比CNT探針之間成像性能的差異以及CNT探針相對于普通硅探針的優(yōu)勢,發(fā)現(xiàn)使用本