[发明专利]用于蚀刻扫描隧道显微镜针尖的装置和方法

权利要求书

1.一种用于蚀刻扫描隧道显微镜针尖的装置，包括：

电路模块(110)，包括电路单元(114)和数据采集卡(116)，所述电路单元(114)包括第一P型晶体管(220)和第二N型晶体管(230)，所述第一P型晶体管(220)的源极接收来自所述数据采集卡(116)的第一输出端子(AO0)的电源电压，所述第一P型晶体管(220)的漏极连接到所述第二N型晶体管(230)的漏极，并且连接到待蚀刻的针尖(132)，所述第一P型晶体管(220)的栅极连接到所述第二N型晶体管(230)的栅极，所述第二N型晶体管(230)的源极连接到地电势，所述电路单元(114)还包括比较器(240)，所述比较器(240)的正极输入接收来自所述数据采集卡(116)的第二输出端子(AO1)的参考电压(V_ref)，所述比较器(240)的负极输入接收来自阴极电极(134)的蚀刻电压(V_etch)，所述比较器(240)的输出被提供给所述第一P型晶体管(220)和所述第二N型晶体管(230)二者的栅极；以及

控制模块(120)，其连接到所述数据采集卡(116)以控制所述数据采集卡(116)的各个输出，

其中，来自所述阴极电极(134)的蚀刻电压(V_etch)还被提供给所述数据采集卡(116)的第一输入端口(AI0)，所述蚀刻电压(V_etch)和所述参考电压(V_ref)满足如下公式：

其中，表示在时刻i的参考电压，表示在时刻i之前的一个时刻的参考电压，表示在时刻i之前的一个时刻的蚀刻电压，β表示滤波常数，Δt表示时间变量，A表示参考电流控制百分比，以及

所述数据采集卡(116)的第一输出端子(AO0)的输出电流I_AO0满足如下公式：

其中，I_set表示设置电流，其是蚀刻过程中的最小蚀刻电流，表示在时刻i的蚀刻电流，表示在时刻i之前的一个时刻的蚀刻电流，σ表示反馈系数。

2.如权利要求1所述的装置，其中，在蚀刻期间所述蚀刻电压(V_etch)大于所述参考电压(V_ref)，在所述针尖被蚀刻断裂时所述蚀刻电压(V_etch)变得小于所述参考电压(V_ref)。

3.如权利要求1所述的装置，还包括放大器(210)，所述放大器(210)配置为将所述数据采集卡(116)的第一输出端子(AO0)的电源电压放大后提供给所述第一P型晶体管(220)的源极。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述滤波常数β在1-20的范围，所述时间变量Δt的计时周期为1-1000ms，所述设置电流I_set为3-4mA，所述反馈系数σ在0.001-0.1的范围，所述参考电流控制百分比A在1％-99％的范围，且

其中，所述滤波常数β、所述时间变量Δt的计时周期、所述设置电流I_set、所述反馈系数σ和所述参考电流控制百分比A能在所述控制模块(120)处设置。

5.如权利要求1所述的装置，还包括三维平移台(130)，所述针尖(132)安装在所述三维平移台(130)上以插入到蚀刻溶液中。

6.如权利要求1所述的装置，还包括成像模块(140)，其用于对所述针尖(132)成像以控制所述针尖插入到蚀刻溶液中的深度。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述控制模块120是计算机装置，其通过USB接口连接到所述数据采集卡。

8.一种使用权利要求1所述的装置来蚀刻扫描隧道显微镜针尖的方法，所述方法包括：

将待蚀刻的针尖和阴极材料插入到蚀刻溶液中；

通过所述数据采集卡(116)的第一输出端子(AO0)向所述针尖施加电流I_AO0，所述电流I_AO0满足公式其中I_set表示设置电流，其是蚀刻过程中的最小蚀刻电流，表示在时刻i的蚀刻电流，表示在时刻i之前的一个时刻的蚀刻电流，σ表示反馈系数；

监视所述阴极材料处的蚀刻电压(V_etch)，并且将所述参考电压(V_ref)配置为满足公式其中表示在时刻i的参考电压，表示在时刻i之前的一个时刻的参考电压，表示在时刻i之前的一个时刻的蚀刻电压，β表示滤波常数，Δt表示时间变量，A表示参考电流控制百分比；以及

由所述比较器比较所述蚀刻电压(V_etch)和所述参考电压(V_ref)，当所述蚀刻电压(V_etch)大于所述参考电压(V_ref)时，所述比较器输出低电平，所述第一P型晶体管导通，所述第二N型晶体管截止，对所述针尖的蚀刻继续进行，当所述蚀刻电压(V_etch)小于所述参考电压(V_ref)时，所述比较器输出高电平，所述第一P型晶体管截止，所述第二N型晶体管导通，对所述针尖的蚀刻停止。