[发明专利]一种扫描探针显微镜中的探针、其制备方法及探测方法

权利要求书

1.一种利用扫描探针显微镜对样品进行热-电原位探测的探测方法，其特征是：所述的扫描探针显微镜包括探针、探针驱动单元、电信号施加单元、位移或振动信号采集单元、热学信号采集单元、电信号采集单元以及中心控制单元；

所述探针包括探针臂与针尖，所述的针尖由针尖本体与覆盖层组成，覆盖层由位于针尖本体表面的薄膜一、薄膜一表面的薄膜二、薄膜二表面的薄膜三组成；薄膜一具有导电性；薄膜二具有电绝缘性；薄膜三具有磁性与导电性，或者薄膜三具有导电性但不具有磁性；薄膜一与薄膜三的材料不同；并且，薄膜一、薄膜二和薄膜三构成热电偶结构；

探针控制单元用于驱动或者控制探针进行位移和/或振动；

所述中心控制单元用于初始化系统各单元，控制系统各单元，接收样品的形貌、热、电信号，分析后得到样品的形貌、热、电信号图像；

探测方法包括如下步骤

步骤1：样品固定于扫描探针显微镜平台，采用探测模式一，将探针位移至初始位置，沿横向对样品表面进行定向扫描，得到样品的形貌图像与电信号图像；

步骤2：探针位移至步骤1中的初始位置，采用探测模式二，对样品表面进行步骤1中所述的定向扫描，得到样品的热信号图像；

所述的模式一用于探测样品的表面形貌与电信号，具体如下：

探针驱动单元驱动探针位移至样品表面某初始位置，探针自该初始位置沿横向对样品表面进行定向扫描，扫描过程中控制探针针尖与样品表面点接触，同时电信号施加单元、薄膜一、薄膜三以及样品形成闭合的电学回路；位移或振动信号采集单元接收探针针尖的纵向位移信号或振动信号，经中心控制单元分析得到样品的形貌信号；同时，电信号施加单元对针尖施加电信号，该电信号流入薄膜一、薄膜三以及样品，形成电压信号，经电信号采集单元得到样品的电信号，经中心控制单元分析得到样品的电信号图像；

所述的模式二用于探测样品的热信号，具体如下：

电信号施加单元、薄膜一、薄膜三形成闭合的热学回路；探针驱动单元驱动探针位移至样品表面某位置，使针尖与样品表面相接触，电信号施加单元对针尖施加电信号，电流流入针尖并对其进行加热，针尖与样品进行热交换，使热学回路中产生电压信号，经热学信号采集单元得到样品的热信号，经中心控制单元分析得到样品的热信号图像。

2.如权利要求1所述的利用扫描探针显微镜对样品进行热-电原位探测的探测方法，其特征是：所述的薄膜一材料包括具有良好导电性能的金属和半导体中的一种材料或者两种以上的组合材料。

3.如权利要求2所述的利用扫描探针显微镜对样品进行热-电原位探测的探测方法，其特征是：所述的薄膜一材料为铋、镍、钴、钾金属中的一种或两种以上的合金，或者是石墨、石墨烯半导体中的至少一种。

4.如权利要求1所述的利用扫描探针显微镜对样品进行热-电原位探测的探测方法，其特征是：所述的薄膜二材料包括具有绝缘性能的半导体、无机材料或者有机材料。

5.如权利要求4所述的利用扫描探针显微镜对样品进行热-电原位探测的探测方法，其特征是：所述的薄膜二材料为氧化锌、铁酸铋、钴酸锂、氧化镍、氧化钴、氧化铜、二氧化硅、氮化硅、二氧化钛、五氧化二钽、五氧化二铌、氧化钨、二氧化铪、氧化铝、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、非晶碳、硫化铜、硫化银、非晶硅、氮化钛、聚酰亚胺、聚酰胺、聚西弗碱、聚砜中的至少一种。

6.如权利要求1所述的利用扫描探针显微镜对样品进行热-电原位探测的探测方法，其特征是：所述的薄膜三具有导电性但不具有磁性时，其材料为具有良好导电性能的金属和半导体中的一种材料或者两种以上的组合材料；所述的薄膜三具有磁性与导电性时，其材料包括铁磁性的金属或金属合金。

7.如权利要求6所述的利用扫描探针显微镜对样品进行热-电原位探测的探测方法，其特征是：所述的薄膜三为铋、镍、钴、钾金属以及其合金，或者是石墨、石墨烯半导体中的至少一种；或者，所述的薄膜三为铁磁性的金属铁、钴、镍中的一种及两种以上的合金。