[发明专利]一种用于扫描隧道显微镜的隧道探针及其制备方法

权利要求书

1.一种用于扫描隧道显微镜的隧道探针的制备方法，包括如下的步骤：

1)在Si衬底两侧利用化学气相沉积的方法各制备一绝缘层薄膜，然后利用紫外光刻的方法在其一侧开一个0.2×0.2平方毫米的窗口，利用化学反应刻蚀的方法除去窗口内的绝缘层薄膜；然后把该样品放入65℃、4mol/L的KOH溶液中进行蚀刻，由于KOH溶液刻蚀Si的速率远远高于其刻蚀绝缘层薄膜的速率，因此将Si衬底中央部分刻蚀，露出另一侧的绝缘层薄膜；

2)在步骤1)得到的Si衬底的另一侧的绝缘层薄膜上，使用聚焦离子束刻蚀方法，电子束曝光结合离子刻蚀或反应离子刻蚀的方法，或纳米压印的方法，制备出倒圆台形的孔洞，所述的倒圆台形的孔洞上表面的直径为3～100纳米，下表面的直径为0.3～50纳米，其上表面与下表面的直径相差很大，已近似为倒圆锥形；

3)使用常规方法在步骤2)制得的具有倒圆台形的孔洞的绝缘层薄膜上和Si衬底的中央部分沉积导电材料，直至其中充满所述的导电材料，所述在具有倒圆台形孔洞的绝缘层薄膜上沉积的导电材料所构成的导电层的厚度为50～1000纳米，即得到用于扫描隧道显微镜的隧道探针，该隧道探针可直接使用。

2.如权利要求1所述的用于扫描隧道显微镜的隧道探针的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，

所述的绝缘层薄膜为Si，SiO₂或SiN，电子束曝光用抗蚀剂，紫外光刻用光刻胶，或LB膜组成的膜层，其厚度为10～500纳米；

所述的电子束曝光用抗蚀剂为正性抗蚀剂或负性化学放大抗蚀剂；

所述的紫外光刻用光刻胶为环氧基紫外负性光刻胶，聚硅烷，高支化碱性丙烯酸化聚酯，聚乙烯醇肉桂酸酯或光敏聚酰亚胺；

所述的LB膜为聚苯乙烯LB膜，聚乙烯醇LB膜，聚对苯撑乙烯撑LB膜，聚苯胺LB膜，热解聚酰亚胺LB膜或硬脂酸锰LB膜。

3.如权利要求1所述的用于扫描隧道显微镜的隧道探针的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，

所述的聚焦离子束刻蚀方法是采用聚焦离子束系统，离子束流采用10PA，离子束点停留时间为30微秒，离子束步长为5纳米，离子束发射电流为2.2微安，离子束刻蚀绝缘层薄膜的时间为0.1～0.5秒；

所述的电子束曝光结合离子刻蚀或反应离子刻蚀的方法的具体步骤如下：(1)在玻璃片或者硅片上涂上300纳米厚的电子束曝光用抗蚀剂，在180℃热板上烘烤60秒；(2)进行电子束曝光：采用电子束曝光系统，电子束高压为10千伏，光缆孔径采用30微米，曝光剂量为60mJ/cm²；(3)显影：显影20秒，定影20秒；(4)刻蚀：采用氩离子刻蚀或反应离子刻蚀；

所述的纳米压印的方法的具体步骤如下：(1)用匀胶机以3000rpm的转速在Si衬底上涂上一层绝缘层薄膜，在180℃热板上烘烤1分钟；(2)在140～180℃加热处理绝缘层薄膜衬底，使得绝缘层薄膜软化，利用原子力显微镜的探针、隧道扫描显微镜的探针、或者具有针尖压印的模具进行压印；探针下降和上升的速度为2nm/s，压力为600～1900psi；(3)压印完成后采用氩离子刻蚀的方法刻蚀30秒，或者采用化学反应刻蚀的方法刻蚀10秒；所述具有针尖压印的模具的针尖直径为10-50nm。

4.如权利要求1所述的用于扫描隧道显微镜的隧道探针的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中的常规方法包括：分子束外延方法，磁控溅射方法，电子束蒸发，激光脉冲沉积法，化学气相沉积法，电镀法，或电化学沉积法。

5.如权利要求1所述的用于扫描隧道显微镜的隧道探针的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中所述的导电材料为非磁性金属材料、铁磁性材料、半金属磁性材料、磁性半导体材料或非磁性半导体材料。