论文部分内容阅读
自1996年首次提出将碳纳米管(carbon nanotube, CNT)作为原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)探针以来，碳纳米管探针的制备、表征等研究得到了广泛关注，目前制约CNT探针应用的核心问题是制备效率较低和探针成像假象。本文系统研究碳纳米管原子力显微镜探针(Carbon Nanotube Atomic ForceMicroscope Probe, CNT探针)的制备工艺，基于扫描电镜(Scanning ElectronMicroscope, SEM)和聚焦离子束(Focused Ion Beam, FIB)系统的双束系统以及纳米操纵仪显微制造及操纵平台，将CNT探针的制备工艺分为CNT探针组装以及CNT探针几何参数控制两大技术要素。通过优化CNT载体和扫描电镜的相关工作参数实现CNT探针的高效组装。优化了电子束诱导铂沉积工艺(Electron BeamInduced Deposition, EBID)的效率，并利用其实现CNT和原子力显微镜硅探针针尖的结合强度优化。CNT探针的关键几何参数包括CNT的角度、直线度以及长度等参数，使用聚焦离子束辐照进行CNT的角度和直线度控制，通过优化聚焦离子束的能量和束流等参数最大程度地减小FIB对CNT的管身带来的损伤；研究使用纳米刀技术进行CNT截断，实现了CNT探针长度的高精度控制。通过AFM表征和SEM原位观测发现，对于大长径比的CNT探针而言，由于其横向刚度过低，CNT探针在与样品接触过程中，会发生显著的吸附-粘附-弯曲-抬离的相互作用，使得大长径比CNT探针不可避免的产生成像假象。因此论文在系统分析成像假象产生机理的基础上，提出并系统研究使用EBID进行碳纳米管管身的局部横向刚度增强以消除成像假象，解决了成像假象对CNT探针应用带来的制约。通过FIB加工技术得到一系列典型的微纳米沟槽，系统分析了较小长径比CNT探针和经横向刚度增强后的大长径比CNT探针之间成像性能的差异以及CNT探针相对于普通硅探针的优势，发现使用本文提出的横向刚度增强技术得到的CNT探针具有良好的成像性能。