专利名称：一种通电压痕的纳米级加工方法
技术领域：
本发明涉及纳米级加工领域，特指一种通电压痕的纳米级加工方法。
背景技术：
目前所广泛应用的磁存储和光存储介质正在接近其物理极限，科学家们正在开始积极探索新的存储理论、技术和材料，以期突破数据存储的极限。与其他传统微细加工方法相比，扫描探针显微技术(SPM)由于具有极小的探针曲率半径、低的电子能量、宽的功率密度范围以及能及时高分辨率成像等特点，使其在信息存储和纳米加工领域有很好的应用前景，能满足超高密度存储，超高精度的加工需求。但是，目前常规的SPM纳米加工是在探针力偏移信号一定的情况下，通过施加脉冲来实现点阵的加工，但是对于大部分脉冲发生器最高幅值只有10V，而具有更高幅值的脉冲发生器价格一般比较昂贵，许多样品出现点阵形貌变化的阈值远远超过10V，这就存在加工成本高昂的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用直流电压进行纳米级的压痕加工方法，该方法是在美国DI公司Nanoscope III多功能扫描探针显微镜上实现的。
此扫描探针显微镜由主显微镜、控制器、控制显示器、图形显示器、计算机以及键盘和鼠标等组成，其中对主显微镜按类似其常规测试表面势能时的改装方法进行改装，将显微镜低部引脚全部用细导线引出，一根通过限流电阻外接直流电源正极，电源的负极与另外一根相连共同接地，与即可借助该装置实现基于扫描探针显微镜的纳米级通电压痕加工方法操作(1)将表面有待加工薄膜样品的基片放在显微镜的样品台上，并用导电胶将样品过渡到样品台上；(2)然后对样品进行形貌扫描，待探针移动到待加工位置，进入力曲线的压痕模式，调整好预设参数，包括压痕的偏移力的大小、点的数目以及点的间距等，同时打开外接直流电源，并设置电压值；(3)开始进行压痕，通过改变探针法向偏移信号来改变针尖对样品的作用力，这样在针尖和样品之间有电流通过时会产生强电场，在力电耦合等机理的作用下，将会使样品表面发生改性，出现凹坑或凸起等形貌变化，得到能够潜在成为高密度信息存储的信息点；(4)回到样品形貌扫描状态来获得加工后的形貌。
本发明的优点在于加工采用稳定的直流电源，无需价格较贵的大幅度脉冲发生器；由于可用于一些导电性较差的薄膜样品，因此具有很好的通用性；针对不同的样品，在其合适的参数下可重复性高；此方法是借助于显微镜中的压痕模式实现的，因而能进行直接控制。
图1是本发明方法的工作示意2为在给锗锑碲薄膜通12V直流电加工的效果3为给锗锑碲薄膜通24V直流电加工的效果4为给类金刚石薄膜通24V直流电加工的效果图1直流电源 2限流电阻 3待加工薄膜样品 4导电探针 5基片 6样品台实施方式结合图1详细说明本发明提出的方案的实现过程。
为了进行纳米级的通电压痕加工，先对显微镜的改装具体如下将显微镜底部的跳线八个引脚全部用细导线引出，并进行标号，从上到下依次为I-VIII号，I号线为地线，II号线代表与样品3相连，III，V号线为机器内部电源引出线，VI号线表示连接到导电探针针尖(4)。将III、IV号线相连，VI号线与I号线相连接使得导电针尖(4)接地，II号线通过一个1kΩ的限流电阻(2)外接直流电源(1)正极上，直流电源(1)的负极与I号线相连接共同接地。方案采用的导电探针(4)为DI公司提供MESP型探针，针尖表面镀有CoCr磁性薄膜。具体加工方法为将表面有待加工薄膜样品(3)的基片(5)放在显微镜的样品台(6)上，并用导电胶将样品(3)过渡到样品台(6)上；然后对待加工薄膜样品样品(3)进行形貌扫描，待导电探针(4)移动到预定加工位置，进入力曲线的压痕模式，调好预设参数，包括压痕的偏移力的大小、点的数目以及点的间距等，同时打开外接直流电源(1)，并设置合适电压值；开始进行压痕，通过改变探针法向偏移信号来改变针尖对样品的作用力，这样在针尖和样品之间有电流通过时会产生强电场，这样在针尖和样品之间有电流通过时会产生强电场，在力电耦合等机理的作用下，将会使样品表面发生改性，出现凹坑或凸起等形貌变化，得到能够潜在成为高密度信息存储的信息点；压完后，关掉外接电源(1)，回到扫描形貌模式，来观察加工的效果，如果不理想，重新进行加电压痕，在针尖能承受的范围内逐渐加大偏移力信号，直到出现理想的加工信息点。
下面用实施例详细说明
实施例1如图2所示，对锗锑碲薄膜进行加工修饰，给样品施加12V直流电压，并设置探针法向力偏移信号为0.8V，点间距为500nm，点的数目为3后进行压入，可得到85-125nm左右的直径，高度65-80nm左右的三个凸起点。
实施例2如图3所示，对锗锑碲薄膜进行加工修饰，给样品施加24V直流电压，并设置探针法向力偏移信号在1.0V，点间距为500nm，点的数目为3后进行压入，可得到650-800nm左右的直径，深度为95-115nm左右的三个凹坑。
实施例3如图4所示，对类金刚石薄膜进行加工修饰，给样品施加24V直流电压，并在同一种偏移信号下水平间隔作用三次(从图上看，从上到下三行施加的偏移信号分别为2V，1.5V，1.8V)，其中每行的点间距为200nm，点的数目为3，行与行之间的间距为500nm，最终得到的结果为第一行为宽度为50-80nm，深度为40-45nm左右的三个蝶形凹坑；第二行为宽度为50-120nm，深度为50-60nm左右的三个蝶形凹坑；第三行为宽度为50-75nm，深度为40-45nm左右的三个蝶形凹坑。
权利要求
1.一种通电压痕的纳米加工方法，其特征在于将扫描探针显微镜中的主显微镜按类似其常规测试表面势能时的改装方法进行改装，将显微镜低部引脚全部用细导线引出，一根通过限流电阻(2)外接直流电源(1)正极，直流电源(1)的负极与另外一根相连共同接地，将表面有待加工薄膜样品(3)的基片(5)放在显微镜的样品台(6)上，并用导电胶将样品过渡到样品台(6)上；然后对待加工薄膜样品(3)进行形貌扫描，待导电探针(4)移动到待加工位置，进入力曲线的压痕模式，调整好预设参数，包括压痕的偏移力的大小、点的数目以及点的间距，同时打开外接直流电源(1)，并设置电压值；开始进行压痕，通过改变导电探针(4)法向偏移信号来改变针尖对样品(3)的作用力，得到能够潜在成为高密度信息存储的信息点；回到样品形貌扫描状态来获得加工后的形貌。
2.根据权利要求1所述的一种通电压痕的纳米加工方法，其特征在于在外接电源电压12V～24V、探针法向力偏移信号0.5V-2.5V的范围内进行通电压痕加工出的信息点直径在30nm-800nm之间。
全文摘要
本发明涉及一种通电压痕的纳米级加工方法，将扫描探针显微镜的导电探针接地，样品通直流电后，用针尖对待加工样品进行压痕。该方法克服了常规加工方法脉冲电源和加工样品导电性要求的限制，提高了探针加工的通用性，可重复性高，易于控制。为基于探针的高密度存储的开发提供一条潜在的加工途径。
文档编号G01N1/28GK1654943SQ20041006614
公开日2005年8月17日 申请日期2004年12月9日 优先权日2004年12月9日
发明者丁建宁, 解国新, 杨继昌, 范真, 杨平 申请人:江苏大学