基于卡西米尔效应的测量探针的制备方法及探针技术

本发明专利技术提供了一种基于卡西米尔效应的测量探针的制备方法及探针，该方法包括：在衬底上下表面分别沉积第一氮化硅层和第二氮化硅层；采用光刻胶刻蚀第一氮化硅层，在衬底一侧表面形成第一有效区域；在衬底上生长覆盖第一有效区域和衬底的遮盖层；采用光刻胶刻蚀第二氮化硅层，在衬底另一侧表面形成第二有效区域；采用碱性溶液去除未被第二有效区域覆盖的衬底；采用缓冲氧化物刻蚀液去除遮盖层，得到探针悬臂梁；取微球分散液滴加在载体上，烘干得到粘附于载体的微球；利用位移平台使探针悬臂梁的尖端蘸取紫外胶；通过紫外胶将微球黏附于尖端，形成微球针尖；通过紫外光照射微球针尖使紫外胶固化，得到包括微球针尖的测量探针。针。针。

【技术实现步骤摘要】
基于卡西米尔效应的测量探针的制备方法及探针


[0001]本专利技术涉及环境催化领域，具体涉及一种基于卡西米尔效应的测量探针的制备方法及探针。

技术介绍

[0002]目前，卡西米尔理论预言是通过真空零点能相关计算，提出在真空中的相邻平板之间存在吸引力。后来，在卡西米尔理论预言基础上引入介电函数，揭示了介电函数在卡西米尔效应测量中的重要作用。卡西米尔效应作为量子涨落的微观图景与宏观力之间存在一定的联系，由于这一力效应只有百皮牛量级，在平行金属板中测量实现的方式较困难。
[0003]直至后来，在原子力显微镜中利用球板实验测得了与修正后的卡西米尔效应相吻合的力效应。此后为了彻底消除静电力等其它力效应的干扰，对卡西米尔力进行更准确的标定，基于原子力显微镜进行了新的测试平台的探索和搭建。比如可以利用在球上加调制的交流电压，并在压电陶瓷上加调制的交流电压，并利用不同力的响应特点不同，在不同的频率和相位上用锁相放大器分离了卡西米尔力、空气阻力、静电力信号。这样有效的排除了静电力，并且得到了卡西米尔力的梯度随距离的变化。原子力显微镜平台的使用同时解决了卡西米尔效应测量时精度、力程和几何结构的问题，因而在此后广为沿用。
[0004]此后，卡西米尔效应也受到了进一步的关注，并且在不同的材料和平台下实现了测量。同时，卡西米尔效应由于其特殊的性质也产生了诸多应用。在对卡西米尔效应做出较为精确的标定之后，科学工作者们开始尝试对卡西米尔力进行调制，乃至进一步获得卡西米尔排斥力。系列实验表明，改变相互作用物体的几何形状，改变中间介质的介电函数以及利用一些特殊材料(如外尔半金属)等方法得都有增强或减弱卡西米尔引力甚至得到卡西米尔斥力，这也为卡西米尔效应提供了广泛的应用空间。目前人们能在具有不同介电函数的材料和介质中、在磁场等外界条件的作用下观测卡西米尔效应，并努力将卡西米尔效应投入实际应用。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术提出了一种基于卡西米尔效应的测量探针的制备方法，通过本专利技术提供的方法，可批量定制悬臂梁，且探针针尖粘结高效精准可控。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于卡西米尔效应的测量探针的制备方法，包括：
[0007]在衬底上下表面分别沉积第一氮化硅层和第二氮化硅层；
[0008]采用光刻胶做掩膜刻蚀上述第一氮化硅层，在上述衬底一侧表面形成第一有效区域；
[0009]在上述衬底上生长覆盖上述第一有效区域和上述衬底的遮盖层；
[0010]采用光刻胶做掩膜刻蚀上述第二氮化硅层，在上述衬底另一侧表面形成第二有效区域；
[0011]采用碱性溶液去除未被上述第二有效区域覆盖的上述衬底；
[0012]采用缓冲氧化物刻蚀液去除上述遮盖层，得到探针悬臂梁；
[0013]取微球分散液滴加在载体上，烘干得到粘附于上述载体的微球；
[0014]利用位移平台使上述探针悬臂梁的尖端蘸取紫外胶；
[0015]利用位移平台通过上述紫外胶将上述微球黏附于上述尖端，形成微球针尖；
[0016]通过紫外光照射上述微球针尖使上述紫外胶固化，得到包括上述微球针尖的上述测量探针。
[0017]根据本专利技术的实施例，其中，上述遮盖层包括至少两层氧化硅和至少两层氮化硅交替生长而成，上述氧化硅和上述氮化硅的厚度均为200
‑
800nm。
[0018]根据本专利技术的实施例，其中，缓冲氧化物刻蚀液包括体积比为1:7的质量分数49％的HF水溶液和质量分数40％的NH4F水溶液。
[0019]根据本专利技术的实施例，其中，上述探针悬臂梁长200
‑
300μm，宽20
‑
40μm，厚度为200
‑
800nm，弹性系数在0.02N/m至0.06N/m之间。
[0020]根据本专利技术的实施例，其中，还包括，在包括上述微球针尖的上述测量探针表面进行金属膜的全覆盖原位蒸镀。
[0021]根据本专利技术的实施例，其中，上述金属膜为金膜或铝膜，上述金属膜的厚度为50
‑
300nm。
[0022]根据本专利技术的实施例，其中，上述微球分散液是包括聚苯乙烯微球的无水乙醇分散液，上述聚苯乙烯微球的直径为20
‑
150μm。
[0023]根据本专利技术的实施例，其中，上述采用光刻胶做掩膜刻蚀上述第一氮化硅层，在上述衬底一侧表面形成第一有效区域包括：
[0024]将光刻胶旋涂于第一氮化硅层上覆盖上述第一有效区域的位置，烘烤固化；
[0025]通过对上述光刻胶进行曝光和显影；
[0026]采用超纯水对上述光刻胶进行定影后，热板加热坚膜；
[0027]采用离子刻蚀去除上述第一氮化硅层上未被上述光刻胶覆盖的氮化硅；
[0028]采用NMP溶液加热水浴去除上述光刻胶，在上述衬底一侧表面形成上述第一氮化硅层的上述第一有效区域。
[0029]根据本专利技术的实施例，其中，上述采用光刻胶做掩膜刻蚀上述第二氮化硅层，在上述衬底另一侧表面形成第二有效区域包括：
[0030]采用反应离子刻蚀去除所述第二氮化硅层上所述第二有效区域的位置以外的氮化硅；
[0031]采用KOH溶液加热浸泡去除上述第二有效区域覆盖的衬底和上述光刻胶。
[0032]根据本专利技术的一个方面，提供了一种利用上述的方法制备得到的测量探针。
[0033]从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的基于卡西米尔效应的测量探针的制备方法及探针具有以下有益效果：
[0034]通过微纳加工的方法可实现无针尖悬臂梁的批量制备，悬臂梁的尺寸、厚度、图形可定制；
[0035]在刻蚀背面硅衬底过程中，正面用沉积遮盖膜作为保护层，代替了常规探针制备中用的黒蜡保护方法，该遮盖膜具有很好的平衡应力，不会给氮化硅悬臂梁带来额外的应
力而导致梁断裂问题；
[0036]利用位移平台进行粘针操作，可以精确控制胶的粘取量，以及悬臂梁尖端和聚苯乙烯小球位置的精确对准，保证小球针尖不会偏离悬臂梁尖端中心位置，成功率高；
[0037]微球的粘结采用紫外胶代替常规胶体探针制备中使用的银胶或者环氧树脂AB胶，AB胶黏度大且固化需要一定的时间，而紫外胶的黏度适宜，通过便携式紫外光笔照射可实现原位快速固化。
附图说明
[0038]图1为本专利技术实施例中测量探针的探针悬臂梁的制备流程图；
[0039]图2为本专利技术实施例中图1(d)的俯视图；
[0040]图3为本专利技术实施例中测量探针的微球针尖的制备流程图；
[0041]图4为本专利技术实施例中测量探针的探针悬臂梁的电镜图；
[0042]图5为本专利技术实施例中测量探针的微球针尖的电镜图；
[0043]图6为本专利技术实施例中测量探针的电镜图。
[0044]图中，衬底
‑
1；
[0045]第一氮化硅层
‑
2；
[0046]第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卡西米尔效应的测量探针的制备方法，包括：在衬底上下表面分别沉积第一氮化硅层和第二氮化硅层；采用光刻胶做掩膜刻蚀所述第一氮化硅层，在所述衬底一侧表面形成第一有效区域；在所述衬底上生长覆盖所述第一有效区域和所述衬底的遮盖层；采用光刻胶做掩膜刻蚀所述第二氮化硅层，在所述衬底另一侧表面形成第二有效区域；采用碱性溶液去除未被所述第二有效区域覆盖的所述衬底；采用缓冲氧化物刻蚀液去除所述遮盖层，得到探针悬臂梁；取微球分散液滴加在载体上，烘干得到粘附于所述载体的微球；利用位移平台使所述探针悬臂梁的尖端蘸取紫外胶；利用位移平台通过所述紫外胶将所述微球黏附于所述尖端，形成微球针尖；通过紫外光照射所述微球针尖使所述紫外胶固化，得到包括所述微球针尖的所述测量探针。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述遮盖层包括至少两层氧化硅和至少两层氮化硅交替生长而成，所述氧化硅和所述氮化硅的厚度均为200
‑
800nm。3.根据权利要求1所述的方法，其中，缓冲氧化物刻蚀液包括体积比为1:7的质量分数49％的HF水溶液和质量分数40％的NH4F水溶液。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述探针悬臂梁长200
‑
300μm，宽20
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40μm，厚度为200
‑
800nm，弹性系数在0.02N/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀霞，张汇，刘雨辰，彭金兰，彭芳芳，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：