CN103257254B - 一种探针尖端及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种探针尖端及其制作方法，该探针尖端采用石墨烯加工而成。本发明最尖可达一个碳原子宽度，且可根据需要增大宽度一直到宏观尺寸。由于石墨烯的特性，这种尖端具有超高的电导率、强度、韧性、热导率和耐电流强度能力。本发明与传统的金属探针尖端相比，尖端更尖，同时强度和韧性更好。与碳纳米管探针尖端相比，本发明的尖端机械性能与其相当，但更容易加工、尖端宽度容易调节、且电导率更高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件与纳米结构电学特性测试领域，具体来说涉及一种探针尖端及其制作方法。
背景技术
石墨烯是碳材料家族中的新成员，是碳原子以六方晶格形成二维薄膜材料，其中各碳原子之间以sp2杂化形成的σ键相连接，因此石墨烯的强度很高，同时具有非常优异的热学与电学性能。在石墨烯中，载流子具有非常高的本征迁移率，低温迁移率高达200000cm2/Vs，室温迁移率也高达27000cm2/Vs。石墨烯的热导率在3080到5300W/mK之间，远高于金刚石的室温热导率(1000～2300W/mK)，石墨烯还能承受比Cu高6个数量级的电流密度。同时由于石墨烯具有平面结构，非常适合应用现有的半导体工业的平面工艺进行加工。
因此，本申请人希望提供一种石墨烯探针尖端及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种探针尖端及其制作方法，该探针尖端比传统的硅探针尖端更尖，同强度和韧性更好。与碳纳米管探针尖端相比，本发明的尖端机械性能与其相当，但更容易加工、尖端宽度容易调节、且电导率更高。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种探针尖端，其特征在于，所述探针尖端采用石墨烯加工而成。
一种探针尖端的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、利用CVD法制备晶圆级单层石墨烯薄膜；
B、在该石墨烯薄膜的一侧涂上光刻胶，另一侧金属化，得到一侧带有光刻胶层、另一侧带有金属化层的石墨烯薄膜；
C、将一侧带有光刻胶、另一侧金属化过的石墨烯薄膜用等离子体刻蚀成尖端结构状；
D、将尖端结构状的石墨烯薄膜卷绕成探针状，卷绕时要保证刻蚀出来的尖端位于探针的前端，同时光刻胶位于内表面，金属化层位于外表面；
E、腐蚀外表面的金属金属化层并去掉光刻胶层。
在本发明的一个优选实施例中，在完成步骤E之后，对探针尖端进行清洗和退火处理。
本发明最尖可达一个碳原子宽度，且可根据需要增大宽度一直到宏观尺寸。由于石墨烯的特性，这种尖端具有超高的电导率、强度、韧性、热导率和耐电流强度能力。本发明与传统的硅探针尖端相比，尖端更尖，同强度和韧性更好。与碳纳米管探针尖端相比，本发明的尖端机械性能与其相当，但更容易加工、尖端宽度容易调节、且电导率更高。
本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
图1为本发明的石墨烯薄膜的示意图。
图2为尖端结构状石墨烯薄膜的示意图。
图3为卷绕成探针状的石墨烯薄膜的示意图。
图4为探针尖端的直流I-V特性示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。
一种探针尖端，探针尖端采用石墨烯加工而成。
该探针尖端的制作方法，包括以下步骤：
1、利用CVD法生长在200nm镍衬底上的直径为10cm晶圆大小单层石墨烯薄膜；
2、在该石墨烯薄膜的一侧涂上PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)光刻胶，然后将整体放入水性氯化铁(FeCl3)溶液(1M)中5-10分钟取出，完全腐蚀镍层；
3、在石墨烯薄膜没有光刻胶的一侧，用蒸发工艺形成40nmTi+80nmAu，作为金属电极；得到一侧带有光刻胶层110、另一侧带有金属化层120的石墨烯薄膜100，如图1所示；
4、将一侧带有光刻胶、另一侧金属化过的石墨烯薄膜用等离子体刻蚀成尖端结构状(如图2所示)；尖端宽度可根据需要进行控制，最小宽度为单个碳原子宽度。
5、将尖端结构状的石墨烯薄膜卷绕成探针状，卷绕时要保证刻蚀出来的尖端位于探针的前端，同时光刻胶位于内表面，金属化层位于外表面；如图3所示；
6、卷绕完成后，整体放入盐酸溶液，常温下反应40分钟，探针尖端的Ti和Au电极被完全腐蚀掉；
7、通过等离子去胶机去掉探针尖端的光刻胶层。
8、为了进一步改善探针尖端的性能，需要对该探针尖端进行清洗和退火处理。将探针尖端置于硝酸溶液中浸泡10min，用氮气吹干后再用丙酮清洗，然后在空气中250℃下退火处理2h。经过上述处理后，探针尖端的薄膜方阻降低到30Ω/sq，其直流I-V特性如图4所示。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (2)
1.一种探针尖端的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、利用CVD法制备晶圆级单层石墨烯薄膜；
B、在该石墨烯薄膜的一侧涂上光刻胶，另一侧金属化，得到一侧带有光刻胶层、另一侧带有金属化层的石墨烯薄膜；
C、将一侧带有光刻胶、另一侧金属化过的石墨烯薄膜用等离子体刻蚀成尖端结构状；
D、将尖端结构状的石墨烯薄膜卷绕成探针状，卷绕时要保证刻蚀出来的尖端位于探针的前端，同时光刻胶位于内表面，金属化层位于外表面；
E、腐蚀外表面的金属金属化层并去掉光刻胶层。
2.根据权利要求1所述的探针尖端的制作方法，其特征在于，在完成步骤E之后，对探针尖端进行清洗和退火处理。
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