专利名称：金属纳米探针制备电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种扫描隧道显微镜探针的制备电路。特别是涉及一种能够灵敏而 稳定地响应针尖形成时的信号，采用电化学腐蚀法制作扫描隧道显微镜探针的金属纳米 探针制作电路。
技术背景自从1986年扫描隧道显微镜(STM)的发明者Binnig和Rohrer获得诺贝尔物理奖以 来，STM在物理学、化学、生物学、材料科学、微电子科学等领域取得了很多重要的成果。 隧道针尖的制作是STM的关键技术之一,针尖的大小、形状和化学同一性不仅影响着STM 图像的分辨率和图像的形状，也影响着测定的电子态，所以针尖的曲率半径对最后的结 果产生非常重要的影响。针尖的制作通常采用电化学腐蚀方法进行腐蚀，当液面下金属 丝的下端脱落时，迅速切断电源从而在上端形成非常小的断面，形成纳米针尖。通常认为，断电时间对针尖的曲率半径影响极大，时间越短，针尖的曲率半径越小， 针尖越尖。目前采用的手动切断方法断电时间比较长，而且重复性比较差；而采用比较 电路进行自动断电控制虽然断电时间短，但是需要经验去设定一个比较电压，过于敏感， 难以准确地判定是否应该断电。 发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能够灵敏而稳定地响应针尖形成时的 信号，采用电化学腐蚀法制作扫描隧道显微镜探针的金属纳米探针制备电路。本实用新型所采用的技术方案是 一种金属纳米探针制备电路，包括有与电源相连 对金属丝进行腐蚀的腐蚀电路，还设置有可接收腐蚀电路发出信号的信号确认保持电路； 以及与电源相连，响应信号确认保持电路的控制信号从而自动关闭腐蚀电路并进行指示 的开关控制及指示电路。所述的腐蚀电路是由场效应管L、金属丝S+和S—、分压电阻fe组成，其中，场效应管L的漏极D与12V电源相连，栅极G与开关控制及指示电路的场效应管T6的漏极D 相连，源极S与插入腐蚀液用作制备探针以及导电电极的金属丝S3S—以及分压电阻R2串联在一起。所述的信号确认保持电路是由运算放大器L、电阻R,、 R5、 R" R7、电容G、 C2、 二极管L、以及触发器T,组成，其中，由电容C'、电阻R.,的一端分别连接在腐蚀电路 中的分压电阻fc的两端，另一端分别连接在运算放大器T2的输入端，电阻Rs连接在运算 放大器T2的输入和输出两端上共同组成微分放大电路；运算放大器L的输出端通过二极 管T3与触发器t,的触发端口相连，还通过电阻R6接地；触发器L的CLK端口分别通过 电阻R7接腐蚀电路中场效应管T,的漏极D，以及通过电容G接地，触发器T,的D端口接5V电源，触发器T4的其它控制端口按器件要求连接为高电平。所述的开关控制及指示电路是由场效应管T5、 T6、电阻R,、 R3、指示灯L,组成，其中， 指示灯L和场效应管T5、 T6的栅极G并联在触发器T\的Q端，场效应管T5的漏极D通过 保护电阻R,连接腐蚀电路中场效应管T,的源极S，场效应管Ts的源极S接地，场效应管 L的源极S接地，场效应管T6的漏极D通过电阻R3连接到12V电源，同时又与场效应管 L的栅极G端相连。本实用新型的金属纳米探针制作电路，能够准确判定断电时间，灵敏而稳定地响应 针尖形成时的信号，避免电压波动的影响，能够自动断电并且进行指示，且断电时间非 常短，达到纳秒量级(约250ns),由此电路控制制作的针尖尖端非常适用于隧道扫描显微 镜，得到高分辨率的图像。
图l是本实用新型的电路框图；图2是本实用新型的电路原理图。其中1:腐蚀电路 2:信号确认保持电路3:开关控制及指示电路 4:电源具体实施方式
以下结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型是如何实现的。如图1所示，本实用新型的金属纳米探针制备电路，包括有与电源4相连对金属丝 进行腐蚀的腐蚀电路1;对腐蚀电路1的纳米探针形成的信号进行响应，并进行最终的确 认和信号保持，同时输出控制信号的信号确认保持电路2;以及与电源4相连，响应信号 确认保持电路2的控制信号从而自动关闭腐蚀电路1并进行指示的开关控制及指示电路3。如图2所示，所述的腐蚀电路l是由场效应管L、金属丝S.和S-、分压电阻&组成，其中，场效应管T,的漏极D与12V电源相连，栅极G与开关控制及指示电路3的场 效应管L的漏极D相连，源极S与插入腐蚀液用作制备探针以及导电电极的金属丝S+和 S—以及分压电阻R2串联在一起。所述的信号确认保持电路2是由运算放大器L、电阻R,、 R5、 R6、 R7、电容d、 C2、 二极管L、以及触发器L组成，其中，由电容C,、电阻R,的一端分别连接在腐蚀电路 1中的分压电阻R2的两端，另一端分别连接在运算放大器T2的输入端，电阻R5连接在运 算放大器T2的输入和输出两端上共同组成微分放大电路，对分压电阻R,进行电压采样； 运算放大器T2的输出端通过二极管T3与触发器L的触发端口相连，还通过电阻Rs接地； 触发器T,的CLR端口分别通过电阻R7接腐蚀电路1中场效应管L的漏极D，以及通过电 容C2接地，触发器L的D端口接5V电源，触发器T4的其它控制端口按器件要求连接为 高电平。 所述的开关控制及指示电路3是由场效应管Ts、 T6、电阻R,、 R3、指示灯L组成，其 中，指示灯L和场效应管Ts、 T6的栅极G并联在触发器T,的Q端，场效应管Ts的漏极D 通过保护电阻Ri连接腐蚀电路1中场效应管L的源极S，场效应管Ts的源极S接地，场 效应管T6的源极S接地，场效应管Te的漏极D通过电阻R3连接到12V电源，同时又与场 效应管L的栅极G端相连。在上述实施例中场效应管T,、 T5、 T6的型号为IRFD213;运算放大器L的型号为 EL2075C; 二极管T3的型号为1N4148;触发器L的型号为SN74F74N。本实用新型的金属纳米探针制作电路开始腐蚀时，触发器T,的Q端输出为低电平， 场效应管Ts和T6截止，场效应管T,导通，电源进行腐蚀，分压电阻R2的电压变化比较平 缓，电压的扰动经过微分放大后信号被二极管L截止。当针尖前端由于电化学腐蚀脱落 时，探针的电阻急速增加，导致分压电阻R2两端的电压迅速下降。微分运算放大器L响 应分压电阻R2电压的变化输出高脉冲，二极管T3导通，确认该信号为探针形成的信号， 同时可以避免电路的波动对信号的影响。此时触发器T,的Q端输出高电平并保持信号， 使开关场效应管T5和Te导通，指示灯L亮，从而使功率场效应管T,截止，探针两端的电 压降为零,停止腐蚀，显示探针制备完毕。整个响应时间以及断电过程所用时间达到250ns 左右，从而保护针尖形成后不再被腐蚀，保证了针尖制作的重复性。
权利要求1.一种金属纳米探针制备电路，包括有与电源(4)相连对金属丝进行腐蚀的腐蚀电路(1)，其特征在于，还设置有可接收腐蚀电路(1)发出信号的信号确认保持电路(2)；以及与电源(4)相连，响应信号确认保持电路(2)的控制信号从而自动关闭腐蚀电路(1)并进行指示的开关控制及指示电路(3)。
2. 根据权利要求1所述的金属纳米探针制备电路，其特征在于，所述的腐蚀电路(l) 是由场效应管L、金属丝S+和S-、分压电阻R2组成，其中，场效应管T,的漏极D与12V 电源相连，栅极G与开关控制及指示电路(3)的场效应管T6的漏极D相连，源极S与插 入腐蚀液用作制备探针以及导电电极的金属丝S+和S—以及分压电阻R2串联在一起。
3. 根据权利要求l所述的金属纳米探针制备电路，其特征在于，所述的信号确认保 持电路(2)是由运算放大器T2、电阻R" R;、 R6、 R7、电容G、 G、 二极管L、以及触 发器T,组成，其中，由电容d、电阻R4的一端分别连接在腐蚀电路(1)中的分压电 阻R2的两端，另一端分别连接在运算放大器T2的输入端，电阻fc连接在运算放大器T2 的输入和输出两端上共同组成微分放大电路；运算放大器T2的输出端通过二极管T:,与触 发器T4的触发端口相连，还通过电阻Re接地；触发器L的CLR端口分别通过电阻R7接腐蚀电路(1)中场效应管L的漏极D，以及通过电容G接地，触发器T,的D端口接5V 电源，触发器L的其它控制端口按器件要求连接为高电平。
4. 根据权利要求1所述的金属纳米探针制备电路，其特征在于，所述的开关控制及 指示电路(3)是由场效应管T5、 T6、电阻R,、 R3、指示灯L组成，其中，指示灯L和场 效应管Ts、 T6的栅极G并联在触发器L的Q端，场效应管Ts的漏极D通过保护电阻R,连 接腐蚀电路(l)中场效应管T,的源极S，场效应管T;的源极S接地，场效应管T6的源极 S接地，场效应管Ts的漏极D通过电阻R,连接到12V电源，同时又与场效应管T,的栅极 G端相连。
专利摘要本实用新型公开一种金属纳米探针制作电路，包括有与电源相连对金属丝进行腐蚀的腐蚀电路；接收腐蚀电路发出信号的信号确认保持电路；以及与电源相连，响应信号确认保持电路的控制信号从而自动关闭腐蚀电路并进行指示的开关控制及指示电路。本实用新型能够准确判定断电时间，灵敏而稳定地响应针尖形成时的信号，避免电压波动的影响，能够自动断电并且进行指示，且断电时间非常短，达到纳秒量级(约250ns)，由此电路控制制作的针尖尖端非常适用于隧道扫描显微镜，得到高分辨率的图像。
文档编号G12B21/02GK201017691SQ20072009539
公开日2008年2月6日 申请日期2007年3月6日 优先权日2007年3月6日
发明者雪 吴, 左真涛, 璐 韩 申请人:南开大学