[发明专利]一种AFM探针相同刻划方向机械加工复杂纳米结构的装置及方法

说明书

 

技术领域

本发明属于微纳米结构加工领域，涉及一种基于AFM探针相同刻划方向机械加工复杂纳米结构的装置及方法。

背景技术

随着纳米科学技术的快速发展，具有高精度的复杂纳米结构在许多领域有着广泛的需求，如纳流控生物芯片使生物分子得以进行生物传输、生物分离以及生物检测；纳米尺度的传感器可以检测单个生物分子的重量；一个弹性体纳米通道设备可以控制DNA移位过程；一个纳米通道设备可以进行传输药品。对于上述的这类结构的加工，目前采用的加工手段主要为传统光刻、聚焦离子束、电子束加工、激光加工等传统纳米加工手段，然而昂贵的加工设备、复杂的实验过程、加工精度低以及低加工效率等缺点限制了上述复杂纳米结构的加工。

自从原子力显微镜(AFM)出现以来，通过控制AFM探针与表面之间的物理、化学的作用，可以实现在纳米尺度甚至原子尺度上改变物体表面的微观形貌，从而将其从测量领域扩展到纳米加工领域，并且开展了广泛而深入的研究。在众多的基于AFM探针的纳米加工方法中，基于AFM探针的纳米机械刻划加工作为一种传统超精密加工向纳米尺度的延伸技术，已经被证明它具有在加工复杂超高精度的微纳米结构的能力。但是由于AFM探针的几何形状非完全对称，所以当采取不用刻划方向进行加工时，得到结构的深度、加工质量、深度一致性等不一致，这样就给加工纳米精度的结构带来了一定的问题。

发明内容

为了解决现有技术中加工结构深度和加工质量不一致等问题，本发明提供了一种AFM探针相同刻划方向机械加工复杂纳米结构的装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种AFM探针相同刻划方向机械加工复杂纳米结构的装置，包括AFM、手动二维调整台、精密主轴及二维高精度定位平台，其中：AFM与被加工样品配合使用获得刻划形貌图，手动调整二维台的底部与精密主轴的上端连接，精密主轴的下端与二维高精度定位平台连接，二维高精度定位平台底座固连在AFM的样品台上。

基于上述检测装置实现的AFM探针相同刻划方向机械加工复杂纳米结构的方法，包括如下步骤：

一、被加工样品固定在手动二维调整台的上部，对精密主轴进行调心，并确定AFM探针与精密主轴回转中心的相对位置关系。

二、确定AFM探针的刻划方向，根据需要加工的结构图案进行加工，对AFM针尖施加加工载荷，移动二维高精度定位平台进行刻划图案的第一条线。

三、将施加到AFM探针上的载荷设置为零，这时针尖在样品上的移动不造成材料去除，对加工结果不产生影响。旋转精密主轴配合移动二维高精度定位平台使得第一条线的终点与针尖位置重合，并且沿着相同方向刻划时第二条线与第一条线的角度偏差与所需加工结构图案一致，根据第二条线的长度进行刻划。此时施加所需加载的载荷与第一次刻划的载荷相同。

四、重复步骤二和三，直至完成整个图案的加工。

本发明具有如下优点：

1、本发明利用原子力显微镜AFM的加工的优势，并且改善了由于AFM探针几何形状不完全对称对加工结果有所影响的问题，实现了AFM探针同方向加工刻划的方法。

2、本发明加工方法简单，无需复杂的加工系统，操作简单，并且可以得到精度达到纳米量级的微纳米结构。

3、本发明实现了AFM探针同方向纳米刻划加工，该方法获得了加工结构深度、加工质量一致性好的优势。

附图说明

图1是本发明所述的一种AFM探针相同刻划方向机械加工复杂纳米结构装置的结构示意图；

图2是本发明所述的一种AFM探针相同刻划方向机械加工复杂纳米结构方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。