CN103510148A - 化学腐蚀抽拉法制备stm探针技术及其装置 - Google Patents
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Abstract
化学腐蚀抽拉法制备STM探针技术及其装置。本发明涉及一种电化学制STM探针的技术。运用电化学腐蚀法及机械抽拉相结合的方法，将原来的中心带圆孔的圆片状阴极改为现在的管状阴极，使原来的液面腐蚀变为浸入碱液内的全面腐蚀，弥补了原来的电化学腐蚀法出现的切断时间不好把握、针尖易钝化弯曲等不足。该装置具有原理简单、可重复使用等优点，该技术生产出的针尖具有曲率小、对称性高的优点。
Description
所属技术领域：
本发明涉及一种电化学腐蚀及机械抽拉相结合制备STM探针的技术，尤其是电化学腐蚀是该技术的关键。
背景技术：
扫描隧道显微镜(STM)是通过一根探针接近样品表面，在样品表面和探针之间加上电压，利用探针检测样品表面及针尖间的隧道电流的变化，从而了解样品表面的情况；或者保持探针与样品间的隧道电流不变，记录探针高低的变化情况了解样品表面；总之两种探测方法都与探针针尖的单原子化关系密切。
如果能做到针尖只有一个原子，那么探测的范围就细化了，所得的图像分辨率很高，很可能达到亚纳米级的分辨率。因而扫描隧道显微镜的分辨率很大程度受限于探针的优劣，更确切的说是探针针尖的优劣。通常针尖的制作方法有：手工法、研磨法、离子削铣法、定向爆破法蒸镀法和化学腐蚀法。
其中化学腐蚀法应用最多，原理过程如下：用一中心有圆孔的圆形金属片(一般为铂片或镍片)置于碱液液面作为电解阴极，将一根钨丝穿过空插入碱液中作为电解阳极。由于液体表面张力，圆孔处钨丝浸入的液面较高，在直流或交流电的作用下此处的钨丝表面溶解，在钨丝溶断瞬间切断电源即可形成钨针。此方法具有原理简单、装置易于准备、重复可控价格低廉等优点，缺点是制作过程中电源切断时间不好把握、针尖形成瞬间易弯曲钝化，形成一个好的针尖有诸多未知因素。
发明内容：
为了克服切断电源的时间不好控制及针尖形成瞬间易弯曲钝化的缺点。本发明技术采用一般的电化学和机械抽拉相结合，将电解池的阴极由原来的带孔圆片状改为管状，腐蚀方式由原来的液面腐蚀变为液体中的全面腐蚀。横向通过化学腐蚀，纵向采用机械抽拉，使钨丝针尖得以形成。此技术不存在电源的及时切断；由于浸在碱液内的钨针全部接受腐蚀，因而就不存在针尖的弯曲和钝化；用此技术所得的探针针尖曲率小对称性高。
本发明是这样实现的：
将钨丝(1)装入抽拉装置(6)中，抽拉装置(6)连接有步动电机(7)传动，将其再置于支撑板(5)上，支撑板(5)下连接有镍管(2)，把支撑板(5)放在烧杯之上，将烧杯中倒入碱液(2)，将钨丝(1)、镍管(2)引导线分别接入函数电流输出仪(9)输出端口1的正负两极，再将步动电机(7)的电源线引向函数电流输出仪(9)的输出端口2出。将函数电流输出仪(9)的数据端口接数据线接入计算机(10)。最后将烧杯罩上防尘罩(4)(防止尘埃，空气流动)。将工作时的温度、碱液浓度、钨丝半径等对应下的初始腐蚀速率输入计算机执行即可。
附图说明：
图1是本发明技术装置的工作结构图
图2是本发明技术的原理图
图3是本发明技术腐蚀抽拉部分的俯视原理图
图4是一般的化学腐蚀法制钨针的原理图
图5.1图5.2图5.3是相关变量的函数图象
图中：(1)钨针(阳极) (2)碱液 (3)镍管(阴极) (4)防尘罩(5)支撑板 (6)抽拉装置 (7)步动电机 (8)电流传输线(9)函数电流输出仪 (10)计算机(控制器) (11)抽拉方向 (12)腐蚀方向(13)金属片(阴极)
具体实施方式：
计算机(10)的作用是为了方便监控，函数电流输出仪是装置的核心，如图1连接装置。此技术中还涉及相关的数学问题，腐蚀速率、抽拉速率及钨针的吃水深度都有相互的函数关系。其关系如下：
h＝H-K[1+(1/k)]V0et 吃水深度与时间的关系
Va＝V0et 腐蚀速率与时间的关系
k＝r/h＝Va/Vb＝tanα 横纵比
Vb＝Va/k＝(V0/k)et 抽拉速率与时间的关系
其中，h吃水深度；H初始插入碱液中的深度；V0初始腐蚀速率(与两极电流有关)；K校正系数；t时间；Va腐蚀速率；Vb抽拉速率；r钨丝半径；k横纵比；α针尖的半夹角
工作过程中钨丝(1)镍管(3)之间的电流恒定，即函数电流输出仪(9)输出端口1电流恒定。输出端口2即步动电机(7)的电流按抽拉速率随时间的函数变化正比输出。而核心部件函数电流输出仪就是一个按以上规律调节电流的特制电路仪器。将一系列函数输入计算机则是监控装置随时工作的情况。用此技术制备探针时其针尖曲率可以通过调节输出电流来调节，可以用此技术此装置来大量生产探针以满足扫描隧道显微镜的需要。
Claims (2)
1.一种运用电化学腐蚀与机械抽拉相结合制备STM探针的技术。
2.采用管状的阴极；阴阳极间的电流恒定；钨丝随时间逐步离开碱液。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310451242.8A CN103510148A (zh) | 2013-09-29 | 2013-09-29 | 化学腐蚀抽拉法制备stm探针技术及其装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201310451242.8A CN103510148A (zh) | 2013-09-29 | 2013-09-29 | 化学腐蚀抽拉法制备stm探针技术及其装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103510148A true CN103510148A (zh) | 2014-01-15 |
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ID=49893559
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| CN201310451242.8A Pending CN103510148A (zh) | 2013-09-29 | 2013-09-29 | 化学腐蚀抽拉法制备stm探针技术及其装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103510148A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104003351A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-27 | 孔祥贵 | 一种纳米级金针复合电极的制备方法 |
| CN105301289A (zh) * | 2014-06-13 | 2016-02-03 | 中国科学院物理研究所 | 一种电化学制备金属针尖的装置及方法 |
| CN105301288A (zh) * | 2014-06-13 | 2016-02-03 | 中国科学院物理研究所 | 一种制备金属针尖的装置及方法 |
| CN106501555A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-03-15 | 西安交通大学 | 一种超低粗糙度钨探针的制备装置及方法 |
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2013
- 2013-09-29 CN CN201310451242.8A patent/CN103510148A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104003351A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-27 | 孔祥贵 | 一种纳米级金针复合电极的制备方法 |
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