[发明专利]自激励自检测探针及其制作方法

说明书

一种自激励自检测探针，包括：一探针基座；一微悬臂梁，用作探测的基本部件，该微悬臂梁与探针基座一端的中间连接，该探针基座对微悬臂梁提供支撑；一探针针尖，位于微悬臂梁的自由端；在探针基座及微悬臂梁表面边缘上有金属导电线，该金属导电线覆盖探针针尖，探针针尖导电性好，可用于检测材料的电学性能；一惠斯通电桥，包括四个U型压阻，其对称分布于探针基座的上表面，其中一个为可变压阻，该可变压阻位于微悬臂梁支撑端应变最大处，可实现高灵敏和高精度的压阻检测。本发明其可减小探测器的体积，实现探测设备的便携化，保证检测的精确度和灵敏度，工艺方法简单，适合批量生产。

技术领域

本发明涉及MEMS制造及工程领域，尤其涉及一种自激励自检测探针及其制作方法。

背景技术

自上世纪80年代MEMS技术蓬勃发展以来，纳米科技成为飞速发展的前沿学科领域之一。随着纳米科学技术的不断发展，人们对微观世界的研究不断向小尺度延伸，对微观世界的探索需要借助先进的观测仪器及表征工具。对微纳材料的力学性能的表征成为了纳米技术的研究瓶颈。传统的微纳米力学性能表征方法如纳米压痕法，拉伸法等存在如固定和调整困难、理论模型复杂等种种弊端，很难应用到纳米结构的力学性能测试。因此，迫切需一种操作简单方便、检测精度高的纳米结构力学性能表征方法。

悬臂梁作为MEMS器件中一种重要的结构近年来已经成为研究热点，原子力显微镜(AFM)诞生于1986年，其核心部件探针就是由微悬臂梁和在悬臂梁自由端的纳米针尖组成，通过控制探针针尖和样品之间相互作用力来表征样品形貌。AFM因具有极高的分辨率，在微纳结构的形貌表征方面发挥着重大作用。本发明通过将电热自激励和压阻自检测集成于一体，可以将悬臂梁应用于表征微纳结构的力学性能。该方法具有检测简单、操作方便、精确度高的优点。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种自激励自检测探针及制作方法，其可减小探测器的体积，实现探测设备的便携化，保证检测的精确度和灵敏度，工艺方法简单，适合批量生产。

本发明提出了一种自激励自检测探针，包括：

一探针基座；

一微悬臂梁，用作探测的基本部件，该微悬臂梁与探针基座一端的中间连接，该探针基座对微悬臂梁提供支撑；

一探针针尖，位于微悬臂梁的自由端；在探针基座及微悬臂梁表面边缘上有金属导电线，该金属导电线覆盖探针针尖，探针针尖导电性好，可用于检测材料的电学性能；

一惠斯通电桥，包括四个U型压阻，其对称分布于探针基座的上表面，其中一个为可变压阻，该可变压阻位于微悬臂梁支撑端应变最大处，可实现高灵敏和高精度的压阻检测。

本发明还提供一种自激励自检测探针的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：采用SOI硅片作为衬底，该衬底由顶层硅、埋氧层和体硅组成；

步骤2：对衬底进行热氧化，在衬底的顶层硅上形成二氧化硅层，用作刻蚀针尖时的掩膜；

步骤3：采用等离子体增强化学气相淀积的方法在衬底的体硅上淀积一层二氧化硅层，用作体硅深刻蚀的掩膜；

步骤4：对二氧化硅层进行光刻，采用各向异性干法刻蚀，在二氧化硅层上刻蚀出针尖的掩膜图形；

步骤5：对顶层硅进行刻蚀，采用各向同性干法刻蚀方法，在针尖掩膜图形下方形成硅针尖原胚；

步骤6：对上述衬底上的顶层硅进行光刻，并采用干法刻蚀工艺刻蚀顶层硅形成微悬臂梁图形；

步骤7：采用低温氧化锐化技术，在950℃的温度下对针尖原胚及微悬臂梁图形进行热氧化，得到二氧化硅氧化层和氧化后的针尖；