CN111220821A - 一种金刚石afm探针系统及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金刚石AFM探针系统及制作方法，该金刚石AFM探针系统是一种新型的金刚石AFM探针系统，其具有高荧光收集效率，进而提升了金刚石AFM探针系统的探测灵敏度，且制作方法简单。

Description

一种金刚石AFM探针系统及制作方法

技术领域

本发明涉及金刚石AFM探针技术领域，更具体地说，涉及一种金刚石AFM探针系统及制作方法。

背景技术

金刚石中氮空位缺陷中心是由一个取代了碳原子的氮原子和一个相邻的空位组成，简称NV色心。

NV色心(氮空位色心)具有自旋三重态基态，其量子态可以通过激光进行优化，并通过微波对其量子态进行操控。同时，NV色心是一个明亮而稳定的单光子源，可以通过光学手段对其荧光进行读出，并得出其对应量子态。同时，环境中的磁场、温度和电场等物理量会引起NV色心的电子自旋能级变化，从而影响读出的NV色心荧光光强等信息。通过测量NV色心能级的变化可以解析出这些物理量的大小，因此，NV色心可作为一种纳米级的灵敏传感器，用于测量目标的磁场、电场和温度等信息，这些特征使得NV色心在量子信息和传感器中发挥着独特的作用，使其具有了优良的磁场和电场测量能力。

在该领域中，将金刚石中的NV色心做成扫描探针，结合AFM扫描系统可以实现对被测目标的纳米级扫描成像。

但是，目前的金刚石AFM探针系统无法满足实际需求。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种金刚石AFM探针系统及制作方法，技术方案如下：

一种金刚石AFM探针系统，所述金刚石AFM探针系统包括：驱动装置和一体化的金刚石探针结构；

所述金刚石探针结构包括：金刚石基片，所述金刚石基片上阵列排布有至少一个金刚石探针，每一个所述金刚石探针对应一个所述驱动装置；

所述金刚石探针包括：金刚石悬臂梁；

位于所述金刚石悬臂梁背面的荧光收集结构，所述荧光收集结构中含有至少一个NV色心；

所述驱动装置包括：

印刷电路板，所述印刷电路板上设置有第一电极和第二电极；

与所述印刷电路板连接的石英音叉，所述石英音叉分别于所述第一电极和所述第二电极电气连接；

设置在所述石英音叉背离所述印刷电路板一侧外侧壁上的转接梁；

所述转接梁背离所述石英音叉的一端与所述金刚石悬臂梁的正面连接。

优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述转接梁与所述石英音叉连接的一端为第一端；

所述转接梁与所述金刚石悬臂梁连接的一端为第二端；

其中，所述第一端的宽为30μm-5mm，厚度为3μm-30μm；

所述第二端为正方形平滑断面，其长度为5μm-50μm；

所述转接梁的长度为50μm-10mm。

优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述印刷电路板的长为1mm-50mm、宽为1mm-50mm以及厚度为1mm-5mm。

优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述金刚石悬臂梁的正面为精密抛光面，所述精密抛光面的抛光粗糙度小于1nm。

优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述荧光收集结构的形状为纳米柱状或半球状或抛物面状或牛眼环状。

优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述NV色心与所述荧光收集结构背离所述金刚石悬臂梁一侧的最远距离小于70nm。

优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述金刚石悬臂梁的形状为长方形或梯形。

优选的，在上述金刚石AFM探针系统中，所述金刚石悬臂梁的厚度为1um-10um。

一种金刚石AFM探针系统的制作方法，所述制作方法包括：

提供一金刚石基片；

在所述金刚石基片的背面进行离子注入并高温退火，形成NV色心；

在所述金刚石基片的正面形成阵列排布的金刚石悬臂梁；

在所述金刚石基片的背面形成阵列排布的荧光收集结构，所述荧光收集结构和所述金刚石悬臂梁一一对应；

装配驱动装置；

将所述金刚石悬臂梁与所述驱动装置对应连接。

优选的，在上述制作方法中，所述驱动装置包括：

印刷电路板，所述印刷电路板上设置有第一电极和第二电极；

与所述印刷电路板连接的石英音叉，所述石英音叉分别于所述第一电极和所述第二电极电气连接；

设置在所述石英音叉背离所述印刷电路板一侧外侧壁上的转接梁；

所述制作方法还包括：

将所述金刚石悬臂梁与所述转接梁背离所述石英音叉的一端键合。

相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

本发明提供的一种金刚石AFM探针系统，包括：驱动装置和一体化的金刚石探针结构；所述金刚石探针结构包括：金刚石基片，所述金刚石基片上阵列排布有至少一个金刚石探针，每一个所述金刚石探针对应一个所述驱动装置；所述金刚石探针包括：金刚石悬臂梁；位于所述金刚石悬臂梁背面的荧光收集结构，所述荧光收集结构中含有至少一个NV色心；所述驱动装置包括：印刷电路板，所述印刷电路板上设置有第一电极和第二电极；与所述印刷电路板连接的石英音叉，所述石英音叉分别于所述第一电极和所述第二电极电气连接；设置在所述石英音叉背离所述印刷电路板一侧外侧壁上的转接梁；所述转接梁背离所述石英音叉的一端与所述金刚石悬臂梁的正面连接。

该金刚石AFM探针系统是一种新型的金刚石AFM探针系统，其具有高荧光收集效率，进而提升了金刚石AFM探针系统的探测灵敏度，且制作方法简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种金刚石AFM探针系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种转接梁的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种抛物面荧光收集结构的示意图；

图4为本发明实施例提供的抛物面荧光收集结构内NV色心的荧光收集效率示意图；

图5为本发明实施例提供的一种纳米柱荧光收集结构的示意图；

图6为本发明实施例提供的纳米柱荧光收集结构内NV色心的荧光收集效率示意图；

图7为本发明实施例提供的一种金刚石AFM探针系统的制作方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在一些专利中利用磁性、静电吸附和官能团修饰等方法制备一些探针结构，但是这些探针极容易受到环境条件的影响，很难保证探针的稳定性和灵敏性。

而金刚石NV色心的特性从超低温到室温大气环境条件下都可保持，这一特性使基于NV色心的金刚石AFM探针更加稳定，具有更广的应用前景。

因此，制备基于NV色心的金刚石AFM探针具有十分重要的意义，但作为一种新型的扫描探针技术，其制作的复杂性和广泛应用面临着巨大的挑战。同时，金刚石AFM探针制作过程中如何保持NV色心长的自旋相干时间，并且高效的制备和读出NV色心的荧光强度等信息，从而提高金刚石AFM探针的效率和灵敏度仍然是目前研究的重点和难点。

在个别专利申请中虽然提及了利用NV色心制备一些探针结构，但是其未对金刚石探针的制备进行具体描述，并且也没有解决金刚石AFM探针的一些具体问题。

并且，实现扫描NV探针的有些实验主要是集中在将金刚石纳米晶体中NV色心粘结到扫描探针的尖端上，即使可以成功使用，但是此方法受限于纳米晶体中NV色心的传感性能差，并且其自旋相干时间通常比块状金刚石中NV色心的自旋相干时间短几个数量级，因此，在探测灵敏度和荧光效率上还存在很大的提升空间。

对于金刚石中的其它色心，比如硅空位色心，虽然也能在金字塔型金刚石中提高荧光的收集效率，但与在金刚石上制备高荧光收集效率的结构相比，其荧光收集效率仍然有很大的提升空间。

基于上述现有技术中存在的问题，本申请技术方案应运而生，下面对本申请技术方案进行详细阐述。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种金刚石AFM探针系统的结构示意图。

所述金刚石AFM探针系统包括：驱动装置和一体化的金刚石探针结构；

所述金刚石探针结构包括：金刚石基片，所述金刚石基片上阵列排布有至少一个金刚石探针，每一个所述金刚石探针对应一个所述驱动装置；

所述金刚石探针包括：金刚石悬臂梁1；

位于所述金刚石悬臂梁1背面的荧光收集结构2，所述荧光收集结构2中含有至少一个NV色心；

所述驱动装置包括：

印刷电路板3，所述印刷电路板3上设置有第一电极4和第二电极5；

与所述印刷电路板3连接的石英音叉6，所述石英音叉6分别于所述第一电极4和所述第二电极5电气连接；

设置在所述石英音叉6背离所述印刷电路板3一侧外侧壁上的转接梁7；

所述转接梁7背离所述石英音叉6的一端与所述金刚石悬臂梁1的正面连接。

在该实施例中，该金刚石AFM探针系统是一种新型的金刚石AFM探针系统，其具有高荧光收集效率，进而提升了金刚石AFM探针系统的探测灵敏度，且制作方法简单。

通过锁相放大器向新型AFM探针系统输入高频驱动信号，频率稳定在探针系统共振频率附近。当金刚石探针尖端，即金刚石AFM探针系统的尖端，接触到样品表面时，振动感受到阻尼，振幅下降。该高频反馈信号由金刚石AFM探针系统反馈回锁相放大器，进而反馈调节探针尖端的运动，实现样品的无损扫描成像。

进一步的，基于本发明上述实施例，参考图2，图2为本发明实施例提供的一种转接梁的结构示意图。

所述转接梁与所述石英音叉连接的一端为第一端；

所述转接梁与所述金刚石悬臂梁连接的一端为第二端；

其中，所述第一端的宽为30μm-5mm，厚度为3μm-30μm；

所述第二端为正方形平滑断面，其长度为5μm-50μm；

所述转接梁的长度为50μm-10mm。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述印刷电路板的长为1mm-50mm、宽为1mm-50mm以及厚度为1mm-5mm。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述金刚石悬臂梁的正面为精密抛光面，所述精密抛光面的抛光粗糙度小于1nm。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述荧光收集结构的形状为纳米柱状或半球状或抛物面状或牛眼环状。

在该实施例中，以所述荧光收集结构的形状为抛物面状为例进行说明，参考图3，图3为本发明实施例提供的一种抛物面荧光收集结构的示意图。

其抛物面线型的尺寸采用如下方式进行优化：

通过调节该荧光收集结构的焦点f与探针高度H以及NV色心所处的位置，根据

构建抛物线型，同时可以得到

采用抛物线型的原因是抛物线独有的几何性质：对于在抛物线边界发生全反射的光线将会沿着抛物线的中轴线向镜头方向出射，进而可提高荧光收集效率。

利用时域有限差分方法，模拟出NV色心发出的荧光从抛物线型下方出射后，荧光沿各个发散角的光强分部，I_s，I_p。

根据得到的光强分部信息遵循几何光学和菲涅尔反射折射公式对立体角进行积分，可以计算出荧光透过金刚石下表面时，在镜头收集角范围内的荧光出射效率。

T_s和T_p分别为S和P偏振分量穿过金刚石和空气界面的系数，由菲涅尔反射折射公式得到。

η_s和η_p分别为S和P偏振分量的荧光出射效率。

最终通过模拟可以得到对应于较优的荧光收集效率的各个参数范围，抛物线型高度H的范围为0.4μm-2.8μm，焦距f的范围为10nm-210nm。

参考图4，图4为本发明实施例提供的抛物面荧光收集结构内NV色心的荧光收集效率示意图，其最高荧光收集效率能达到45％。

进一步的，以所述荧光收集结构的形状为纳米柱为例进行说明，参考图5，图5为本发明实施例提供的一种纳米柱荧光收集结构的示意图。

通过调整d和H，对应上述纳米抛物线型探针的f和H，D由

确定。

选用纳米柱型探针的原因是将探针看作圆形波导，增强探针底部荧光收集效率。

模拟方法与处理荧光沿各个发散角的光强分部方法与抛物线型采用的方式相同。

参考图6，图6为本发明实施例提供的纳米柱荧光收集结构内NV色心的荧光收集效率示意图，其最高荧光收集效率能达到30％。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述NV色心与所述荧光收集结构背离所述金刚石悬臂梁一侧的最远距离小于70nm。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述金刚石悬臂梁的形状为长方形或梯形。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述金刚石悬臂梁的厚度为1um-10um。

基于本发明上述全部实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种金刚石AFM探针系统的制作方法，参考图7，图7为本发明实施例提供的一种金刚石AFM探针系统的制作方法的流程示意图。

所述制作方法包括：

S101：提供一金刚石基片。

在该步骤中，包括但不限定于采用20μm左右厚度，尺寸为2mm*2mm*0.02mm的电子级纯度单晶金刚石作为空白样品。

S102：在所述金刚石基片的背面进行离子注入并高温退火，形成NV色心。

在该步骤中，将金刚石基片放入三酸(HClO₄：HNO₃：H₂SO₄＝1:1:1)中加热295℃，清洗5h。

通过离子注入机将¹⁴N⁺和¹⁴N²⁺等含N离子注入空白的金刚石样品；注入的能量区间为2.5keV-40keV；注入离子剂量区间为10¹⁰atom/cm²-10¹²atom/cm²；注入之后进行三酸清洗。

然后利用超高温真空退火炉在600℃-1200℃高温下对注入样品进行退火实现空位和氮元素的结合产生NV色心，退火期间真空度优于10^-4Pa，以确保金刚石不被石墨化，之后再次利用三酸清洗表面杂质。

S103：在所述金刚石基片的正面形成阵列排布的金刚石悬臂梁。

在该步骤中，在金刚石表面制备高荧光收集结构主要是通过在金刚石表面制作图形化掩膜，并通过金刚石刻蚀工艺将掩膜图形转移到金刚石表面来实现。

其中，制作金刚石表面掩膜材料包括但不限定于金属、金属氧化物、SiO₂或HSQ电子束光刻胶等。

以下以金属材料Cr作为掩膜为例进行说明：

利用紫外光刻技术在金刚石未注入一面形成金刚石悬臂梁。

其中，紫外光刻是指在光照作用下，借助光致抗蚀剂将掩膜版上的图形转移到基片上。其主要过程为：紫外光通过掩膜版照射到附有一层光刻胶掩膜的基片表面，引起曝光区域的光刻胶发生化学反应；再通过显影技术溶解去除曝光区域或未曝光区域的光刻胶(前者为正性光刻胶，后者为负性光刻胶)，使掩膜版上的图形被复制到光刻胶薄膜上。

其具体步骤为：

首先用旋转匀胶机在金刚石上旋涂光刻胶AZ5214，转速为2000-4000转/分钟，持续30s，在100℃的热板上烘烤90s，获得胶厚区间为1.4μm-3μm。然后用紫外光刻机进行曝光，曝光时间为1.4s-2s，曝光剂量为19.5mw/cm²。曝光后在100℃上的热板上烘烤120s，再进行泛曝光15s，形成负刻版图。

曝光完成后用2.38％TMAH溶液显影50s，再用去离子水清洗30s。

通过在形成光刻胶结构的金刚石表面进行电子束蒸发镀膜，然后通过溶脱剥离从而在金刚石表面形成金属掩膜。需要说明的是，需要在金刚石表面镀上一层金属层来充当下一步刻蚀的掩膜，金刚石与所镀金属层要有高的刻蚀比。在该步骤中，以金属铬为例，通过电子束蒸发蒸镀膜在金刚石表面蒸镀10nm-500nm的铬金属掩膜，需要说明的是，掩膜金属也可为金或镍等金属或SiN_x或SiO₂等。

具体的溶脱剥离为：用脱胶剂NMP水浴加热样品来剥离铬膜，加热时间1-2小时，之后用丙酮和水冲洗金刚石表面，去除表面的光刻胶。剥离法是微纳米加工中应用最为普遍的图形转移技术之一。剥离法需要先由光学或电子束曝光在光刻胶上产生有机聚合物的图形，在薄膜沉积过后将有机聚合物用丙酮等溶剂去除，没有光学胶覆盖的区域便都留下了金属薄膜，由此实现由光刻胶图形向金属薄膜图形的转移。

之后利用电感耦合等离子体刻蚀机进行金刚石悬臂梁刻蚀。

其刻蚀主要是利用等离子体进行的，反应产生挥发性气体，此过程中存在物理溅射过程(RF功率控制)和化学反应过程(ICP功率控制)。

物理溅射过程控制刻蚀的方向性，化学反应过程主导刻蚀的进行。

可选的，在本申请中使用的电感耦合反应等离子体刻蚀机型号为0xford180，仪器刻蚀参数如下：

RF功率：50W-1000W；ICP功率：10W-2000W；O₂流量：1-30sccm；压强：5mTorr-100mTorr；刻蚀时间：10min-225min；刻蚀深度：400nm-10000nm。

当刻蚀完成后则可以在金刚石基片未注入一面形成金刚石悬臂梁结构。

S104：在所述金刚石基片的背面形成阵列排布的荧光收集结构，所述荧光收集结构和所述金刚石悬臂梁一一对应。

在该步骤中，在刻蚀完金刚石悬臂梁结构后，在金刚石离子注入一面对应背面悬臂梁结构的位置套刻荧光收集结构，此处以抛物面和纳米柱结构为例。

以抛物面结构为例进行说明：

首先，用Ebeam-Lesker-Lab在金刚石表面生长一层200nm厚的SiO₂/SiNx掩模。然后利用紫外光刻机在形成的掩模上通过旋涂AZ5214光刻胶并套刻产生1-3μm直径大小的圆盘，通过控制旋胶速率，控制产生的圆盘厚度为1-5μm，然后通过热板加热样品到120-200℃，并加热2min-10min，使光刻胶进行热回流形成半球形结构。

接下来通过电感耦合反应等离子体刻蚀将形成的光刻胶图形转移到SiO₂/SiNx掩模上，等离子体刻蚀机型号为：Oxford 380刻蚀参数，刻蚀气体为CF₄。

最后再通过等离子体刻蚀将SiO₂/SiNx掩模图形转移的金刚石上，形成金刚石抛物面结构。所用刻蚀参数如下：

RF功率：10-500W；ICP功率：10-2000W；O₂流量：1-30sccm；压强：5-100mTorr。

以纳米柱结构为例进行说明：

利用电子束曝光系统，在金刚石悬臂梁上形成制备纳米柱探针的掩膜。

电子束曝光系统(electronbeam lithography,EBL)是一种利用电子束在工件面上扫描直接产生图形的装置。电子束曝光利用的是某些高分子聚合物对电子敏感而形成曝光图形的，具有可直接刻画精细图案的优点。

具体步骤为：用旋转匀胶机在样品上旋涂上一层FOX-16光刻胶，转速1200-3200转/分钟，加速度1000，厚度约400-700nm。

样品放入电子束曝光系统，金刚石悬臂梁上的纳米柱探针的曝光剂量3000uC/cm²，“十”字曝光剂量2000uC/cm²。曝光后将样品取出，用25％TMAH溶液显影2min，之后用去离子水定影3min。

利用感应耦合等离子体刻蚀机在悬臂梁上刻蚀形成纳米柱探针，刻蚀仪器为：OxfordICP 380，刻蚀参数：RF功率：10-500W；ICP功率：10-3000W；O₂流量：1-30sccm；压强：5-100mTorr；刻蚀时间：80s-220s；刻蚀速率275nm/min；刻蚀深度约50nm-5μm。

刻蚀完之后在电镜下观察，然后使用HF湿法刻蚀去除残胶，用三酸进行清洁和过滤。至此，完成金刚石高荧光收集结构的刻蚀。

金刚石AFM探针释放刻蚀

为了将得到孤立悬空的金刚石探针结构，需要对金刚石样品进行最后的释放刻蚀。为了保护刻蚀形成的金刚石荧光收集结构，我们先用Ebeam-Lesker-Lab在金刚石离子注入面生长了200nm厚的SiO₂保护层。接着，在金刚石未注入面进行金刚石悬臂梁释放刻蚀，刻蚀设备：ICP180；刻蚀参数：RF功率：50-1000W；ICP功率：50-1000W；Ar流量：1-45sccm；Cl₂流量：1-20sccm；压强：5-100mTorr。

释放完探针之后，利用HF/BOE进行SiNx/SiO₂腐蚀，以去除残余的保护层。

S105：装配驱动装置。

在该步骤中，所述驱动装置包括：

印刷电路板，所述印刷电路板上设置有第一电极和第二电极；

与所述印刷电路板连接的石英音叉，所述石英音叉分别于所述第一电极和所述第二电极电气连接；

设置在所述石英音叉背离所述印刷电路板一侧外侧壁上的转接梁；

所述制作方法还包括：

将所述金刚石悬臂梁与所述转接梁背离所述石英音叉的一端键合。

S106：将所述金刚石悬臂梁与所述驱动装置对应连接。

在该步骤中，驱动装置包括但不限于印刷电路板，主要用于承接金刚石探针和转接梁，同时可搭载原子力显微镜驱动反馈系统，即石英音叉和石英音叉驱动反馈线路，可实现近表面扫描成像功能。

转接梁包括但不限于硅梁，用于转接金刚石和驱动装置中相对于的结构，其末端是10μm×10μm大小的平台，用于键联金刚石悬臂梁。

金刚石一面有单根纳米尺寸光波导。装配过程需要用到显微镜和微操作手，微操作手是三维位移台和夹具的结合，各轴行程约为20mm。

在本申请中使用石英音叉晶振作为阵列传感器载体，当传感器波导探头与被测材料表面靠足够近时，由于探头尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，受此影响会引起音叉晶振共振频率发生变化。监测石英晶体压电信号得到音叉晶振共振频率的变化，并与控制传感器高度的压电陶瓷形成反馈回路，确保探头与被测材料的距离保持在纳米尺度。同时对NV色心光探测磁共振信号进行检测，可得到环境中磁场、温度、电场等物理量信息。

使用显微镜找到平躺在PDMS上的硅梁，在硅梁适当远处滴上AB胶。使用微操作手操纵载具，蘸取少量AB胶。在显微镜视野下，使用微操作手操纵石英音叉，使石英音叉和硅梁根部部分接触，静待AB胶固化，石英音叉和硅梁完成固连。

此时，硅梁固连在石英音叉上，可使用微操作手操纵硅梁，去粘金刚石悬臂梁。在显微镜视野下，使用微操作手操纵硅梁，蘸取少量AB胶，使硅梁末端平台和金刚石悬臂梁接触，静待AB胶固化。固化结束后，使用微操作手轻压金刚石基片，将单根纳米柱光波导金刚石从金刚石基片中分离开。

以上对本发明所提供的一种金刚石AFM探针系统及制作方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种金刚石AFM探针系统，其特征在于，所述金刚石AFM探针系统包括：驱动装置和一体化的金刚石探针结构；

所述金刚石探针结构包括：金刚石基片，所述金刚石基片上阵列排布有至少一个金刚石探针，每一个所述金刚石探针对应一个所述驱动装置；

所述金刚石探针包括：金刚石悬臂梁；

位于所述金刚石悬臂梁背面的荧光收集结构，所述荧光收集结构中含有至少一个NV色心；

所述驱动装置包括：

印刷电路板，所述印刷电路板上设置有第一电极和第二电极；

与所述印刷电路板连接的石英音叉，所述石英音叉分别于所述第一电极和所述第二电极电气连接；

设置在所述石英音叉背离所述印刷电路板一侧外侧壁上的转接梁；

所述转接梁背离所述石英音叉的一端与所述金刚石悬臂梁的正面连接。

2.根据权利要求1所述的金刚石AFM探针系统，其特征在于，所述转接梁与所述石英音叉连接的一端为第一端；

所述转接梁与所述金刚石悬臂梁连接的一端为第二端；

其中，所述第一端的宽为30μm-5mm，厚度为3μm-30μm；

所述第二端为正方形平滑断面，其长度为5μm-50μm；

所述转接梁的长度为50μm-10mm。

3.根据权利要求1所述的金刚石AFM探针系统，其特征在于，所述印刷电路板的长为1mm-50mm、宽为1mm-50mm以及厚度为1mm-5mm。

4.根据权利要求1所述的金刚石AFM探针系统，其特征在于，所述金刚石悬臂梁的正面为精密抛光面，所述精密抛光面的抛光粗糙度小于1nm。

5.根据权利要求1所述的金刚石AFM探针系统，其特征在于，所述荧光收集结构的形状为纳米柱状或半球状或抛物面状或牛眼环状。

6.根据权利要求1所述的金刚石AFM探针系统，其特征在于，所述NV色心与所述荧光收集结构背离所述金刚石悬臂梁一侧的最远距离小于70nm。

7.根据权利要求1所述的金刚石AFM探针系统，其特征在于，所述金刚石悬臂梁的形状为长方形或梯形。

8.根据权利要求1所述的金刚石AFM探针系统，其特征在于，所述金刚石悬臂梁的厚度为1um-10um。

9.一种金刚石AFM探针系统的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

提供一金刚石基片；

在所述金刚石基片的背面进行离子注入并高温退火，形成NV色心；

在所述金刚石基片的正面形成阵列排布的金刚石悬臂梁；

在所述金刚石基片的背面形成阵列排布的荧光收集结构，所述荧光收集结构和所述金刚石悬臂梁一一对应；

装配驱动装置；

将所述金刚石悬臂梁与所述驱动装置对应连接。

10.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述驱动装置包括：

印刷电路板，所述印刷电路板上设置有第一电极和第二电极；

与所述印刷电路板连接的石英音叉，所述石英音叉分别于所述第一电极和所述第二电极电气连接；

设置在所述石英音叉背离所述印刷电路板一侧外侧壁上的转接梁；

所述制作方法还包括：

将所述金刚石悬臂梁与所述转接梁背离所述石英音叉的一端键合。

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