CN111856080B

CN111856080B - 压电传感探针及其制作方法

Info

Publication number: CN111856080B
Application number: CN202010729556.XA
Authority: CN
Inventors: 赵亮兵
Original assignee: Guangzhou Zhongyuan Instrument Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Zhongyuan Instrument Technology Co ltd
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2023-07-28
Anticipated expiration: 2040-07-27
Also published as: CN111856080A

Abstract

本申请涉及一种压电传感探针及其制作方法。上述压电传感探针的制作方法，包括提供基底，利用半导体微纳加工工艺制备传感针尖。根据所述传感针尖的尺寸参数，确定音叉的尺寸参数和平衡调节装置的尺寸参数。将所述传感针尖固定于所述音叉的第一叉臂的自由端，并将所述平衡调节装置固定于所述音叉的第二叉臂的自由端，所述第一叉臂的自由端与所述第二叉臂的自由端正相对设置。本申请采用半导体微纳加工工艺制备传感针尖，同时通过对称结构提高其Q值，从而得到振动特性优良的原子力显微镜探针。

Description

压电传感探针及其制作方法

技术领域

本申请涉及原子力显微技术领域，特别是涉及一种压电传感探针及其制作方法。

背景技术

原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)通常使用一个一端固定而另一端带有针尖的弹性微悬臂来检测样品表面形貌或其他表面性质的。当样品或针尖扫描时，同距离有关的针尖样品间相互作用力就会引起微悬臂发生形变。一束激光照射到微悬臂的背面以将激光束反射到一个光电检测器，检测器不同象限接收到的激光强度差值同微悬臂的形变量会形成一定比例关系，因而可以用来检测力。目前，大气环境AFM通常使用基于激光位置检测的微悬臂探针，其检测装置较为精密、成本较高、操作复杂。

与基于激光位置检测的微悬臂探针相比，基于石英音叉(QTF)的自感应型AFM探针则具有可以自激发和自检测的特点，因而结构简单、使用方便。在基于QTF的AFM探针中，用于力测量的针尖通常采用钨(W)或铂/铱(Pt/Ir)金属细丝、通常采用机械剪切的方式或者电化学刻蚀的方式形成尖锐的针尖，然后粘接到QTF的一个臂的自由端。

传统技术方案中，采用机械剪切法制备的针尖的前端形状和大小难以控制，成功率不高。采用电化学腐蚀法则较为可控和可靠，但工艺较为复杂。更为突出的是，由于一个钨探针的电化学腐蚀时间可长达10-20min，在制备后还需要进行再平衡处理，因此制备钨探针针尖需要较长的时间且工艺复杂，生产成本较高。

发明内容

基于此，本申请提供一种压电传感探针及其制作方法，以快速、可靠地得到振动特性优良的AFM探针。

一种压电传感探针的制作方法，包括：

提供基底，利用半导体微纳加工工艺制备传感针尖；

根据所述传感针尖的尺寸参数，确定音叉的尺寸参数和平衡调节装置的尺寸参数；

将所述传感针尖固定于所述音叉的第一叉臂的自由端，并将所述平衡调节装置固定于所述音叉的第二叉臂的自由端，所述第一叉臂的自由端与所述第二叉臂的自由端正相对设置。

在其中一个实施例中，所述传感针尖的材料为硅、氮化硅或者其他适用于半导体微纳加工工艺的材料。

在其中一个实施例中，所述传感针尖的形状为锥形，所述传感针尖长度为10μm至400μm，所述传感针尖的锥角为10°至45°，所述传感针尖的前端为近似半球形，其曲率半径为1nm至50nm。

在其中一个实施例中，所述音叉的第一叉臂的质量为所述传感针尖的质量200倍至50000倍，所述平衡调节装置的质量与所述传感针尖的质量相同或相近。

在其中一个实施例中，所述平衡调节装置的材料为金属材料、树脂材料、硅材料或者氮化硅材料。

在其中一个实施例中，所述将所述传感针尖固定于所述音叉的第一叉臂的自由端，并将所述平衡调节装置固定于所述音叉的第二叉臂的自由端的步骤之后包括：

对所述平衡调节装置进行微量调控，直至所述压电传感探针的Q值达到预设值。

在其中一个实施例中，所述对所述平衡调节装置进行微量调控的步骤包括：

在所述平衡调节装置上截取至预设长度。

将预设量的固化胶添加至所述音叉的第二叉臂的自由端。

在其中一个实施例中，所述将所述传感针尖固定于所述音叉的第一叉臂的自由端，并将所述平衡调节装置固定于所述音叉的第二叉臂的自由端的步骤之后包括:

提供支架基板；

将所述音叉的基部固定于所述支架基板。

一种压电传感探针，利用上述实施例中任一项所述的压电传感探针的制作方法制备完成。

上述压电传感探针的制作方法，包括提供基底，利用半导体微纳加工工艺制备传感针尖。根据所述传感针尖的尺寸参数，确定音叉的尺寸参数和平衡调节装置的尺寸参数。将所述传感针尖固定于所述音叉的第一叉臂的自由端，并将所述平衡调节装置固定于所述音叉的第二叉臂的自由端，所述第一叉臂的自由端与所述第二叉臂的自由端正相对设置。本申请采用半导体微纳加工工艺制备传感针尖，同时通过对称结构提高其Q值，从而得到振动特性优良的AFM探针。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例提供的压电传感探针的制作方法流程图；

图2为本申请另一个实施例提供的压电传感探针的结构示意图；

图3为本申请一个实施例提供的压电传感探针微纳加工传感针尖规格示意图；

图4为本申请一个实施例提供的传感针尖的粘合方式示意图。

主要元件附图标号说明

10、传感针尖；20、音叉；21、第一叉臂；22、第二叉臂；23、基部；30、平衡调节装置；40、支架基板；50、电极引线。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一获取模块称为第二获取模块，且类似地，可将第二获取模块称为第一获取模块。第一获取模块和第二获取模块两者都是获取模块，但其不是同一个获取模块。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

对于常见的石英音叉20(QTF)，其发生振动时音叉20本身的运动通常被描述成两个相互耦合的振子之间发生作用，其运动方程组是：

其中m₁和m₂是两音叉20臂的等效质量，k是刚度系数，k_c是音叉20的耦合系数。

考虑音叉20空载时，m₁＝m₂＝m。利用上述方程组可以解出2个共振模：一个称为同相模式(in-phase mode)，另一个称为反相模式(anti-phase mode)。这两种模式中，音叉20的两臂都有相同的振幅。不同的是，同相模式中音叉20振动时两音叉20臂总是处在相同的振动方向，且相位相同；反相模式则表示振动时两音叉20臂总是处在相反的振动方向，彼此相位相差180°。这两种共振模之间本应存在共振模式的简并，但是两个振子间的耦合破坏了简并。因此，反相共振频率被提高到同相共振频率之上，两共振频率的计算式分别是：

大部分QTF被设计具有对称的结构。同相模式中两音叉20臂的振动幅度相同，所以同相模式的压电电流几乎被抵消，几乎不能被检测到。另一方面，反相模式中，两音叉20臂以相反方向振动，压电电流结果相加。因此，在反相模式下音叉20产生的响应电流是远大于同相模式的。通常使用到的QTF的共振频率也都是指其反相模式的共振频率，例如常见的商用QTF共振频率32.768kHz。本发明主要考虑音叉20处于反相模式下的工作。

QTF的本征机械振动的最明显的特点是其高Q值。大气环境下测量石英音叉20的Q值一般大于8000，甚至达到10000。根据已有的研究结果，音叉20空载时的Q值可以由公式决定：

γ是阻尼系数，Q₀是音叉20空载时的Q值，k是音叉20叉股的有效刚度系数，m是音叉20叉股的有效质量。考虑到两臂间的耦合，QTF的反相振动模式的等效刚度系数为k+2k_c，其中k_c是QTF的两个叉股之间的耦合系数。所以实验中可测得Q值的完整形式应该是：

可以看出，耦合系数K_c会对Q值产生很大影响，与本身的刚度系数相当。如果破坏两臂间的耦合，则音叉20的Q值将发生明显下降。

当需要将石英音叉20制成探针应用到扫描探针显微镜中时，我们将在其中一个音叉20臂末端粘上细小的针尖。该探针针尖通常是将电化学锐化的钨(w)或铂/铱(Pt/Ir)探针粘在QTF的一个叉股的自由端上。但是附加的探针针尖可以改变QTF的动力学，降低Q值(通常低于5000)和共振频率。人们已经认识到，这是因为粘在其中一个QTF尖头上的探针的重量破坏了音叉20的结构对称性，导致能量通过QTF基底耗散。为了解决这个问题，QTF已经通过在另一端附加一个外探针来达到平衡，从而提高了QTF探针的Q值。这种技术可称为“再平衡技术”。虽然它能在一定程度上提高Q值，但精确地控制平衡重量也很困难，不仅包括探针，还包括用于连接探针的胶水，也可能与探针本身的重量也相当。即使在平衡状态下，由于Q值和共振频率都与QTF叉股的有效质量成反比。但是，QTF探针的针尖采用金属为材料时，目前其探针针尖的长度通常不能大于1.5mm，因为如果针尖更长时其附加质量较大，导致制作而成的QTF探针的Q值很低(如小于300)，难以正常使用。基于石英音叉20(QTF)的AFM探针通常采用钨或铂/铱等金属材料来制作针尖，存在附加质量较大、针尖前端处理较为复杂和耗时等问题。如何快速、可靠地制作出性能优良(Q值较高、针尖前端稳定可控)的AFM针尖，仍有待进一步研究和解决。

请参见图1，本申请提供一种压电传感探针的制作方法。所述压电传感探针的制作方法包括：

S10，提供基底，利用半导体微纳加工工艺制备传感针尖10。

步骤S10中，所述基底的材料不做具体限定，只要为可以适用于半导体微纳加工工艺的材料即可。在一个可选实施例中，所述基底的材料为硅、氮化硅或者其他适用于半导体微纳加工工艺的材料。所述半导体微纳加工工艺可以为湿法腐蚀工艺或者干法刻蚀工艺或者其他适于加工传感针尖10的微纳加工工艺。

具体的，所述传感针尖10通常采用非金属材料。所述传感针尖10具有针尖质量轻、前端形状稳定可控、可批量制备等优点。所述传感针尖10材料通常为硅、氮化硅等，也可采用适合用于微纳加工的其它材料。所述传感针尖10的长度范围约为10μm至400μm。所述传感针尖10通常为锥形，但也可为其它特定形状。在其中一个可选的实施例中，所述传感针尖10的形状为锥形，所述传感针尖10长度为10μm至400μm，所述传感针尖10的锥角为10°至45°，所述传感针尖10的曲率半径为1nm至50nm。

所述传感针尖10通常不需导电，但也可根据需要采用导电的、或磁性的针尖，或其它声、光、热的传感针尖10。所述传感针尖10可采用传统的激光位置检测用的、微悬臂AFM探针的针尖替代，只需在针尖底部将悬臂梁截断即可使用。所述传感针尖10采用半导体微纳加工工艺制造，其余参数和性能还可根据需求进行设计和制造。

S20，根据所述传感针尖10的尺寸参数，确定音叉20的尺寸参数和平衡调节装置30的尺寸参数。

步骤S20中，所述音叉20包括第一叉臂21、第二叉臂22以及基部23。QTF探针利用音叉20本身的压电效应实现机械振动与振荡电信号互相转换，具有非常好的频率稳定性，同时也具备极高的品质因数(即Q值)。音叉20本身的压电效应即可完成机械振动与电信号的转换，检测样品表面信息不需要经过光杠杆法，省去了光学器件以及光路校准过程。由于QTF自身具有压电效应，所以可以免除悬臂探针所需的压电振荡器，且通过电路可以做到自激励自感应驱动。

在一个可选的实施例中，本申请制备QTF探针所用的石英音叉20的原材料是圆柱形的、中心频率为32.768kHz的石英晶振，这种晶振常用于电子表。所述晶振去壳前的外径为3mm、长度为8mm。所述晶振去壳后，宽度为1.52mm、厚度为0.38mm、长度为6.02mm。由所用的商用QTF(32.768kHz，10ppm，YT-38，YXC)以及钨制传感针尖10的主要尺寸参数，可以估算出音叉20臂和传感针尖10的质量。通常，音叉20臂的质量需明显大于传感针尖10质量，两者相差可达约200倍以上。可选地，所述音叉20的第一叉臂21的质量为所述传感针尖10的质量200倍至50000倍。因此音的叉臂是振动主体，振动研究中的振子将依然主要基于音叉20臂。传感探针对于振动的改变可以近似等价于在音叉20臂上增加了微小的附加质量。

所述平衡调节装置30安装在未安装传感针尖10的另一个叉臂上对称位置。为了实现两个叉臂的附加质量和位置的再平衡，可在未安装传感针尖10的叉臂上粘接一个与传感针尖10规格相同的针尖用作QTF平衡。也可不用相同规格的针尖，而是用等质量的其它针尖或其它的Q值调节材料替代，达到同样的再平衡的效果。Q值调节材料主要用来微量调节叉臂的质量和质心，以达到Q值调节和校准的效果。Q值调节材料可采用环氧树脂，也可采用光固化胶或热固化胶，以方便微克量级可控的胶用量的增量控制，通过对胶用量的控制达到调节石英音叉20Q值的效果。

S30，将所述传感针尖10固定于所述音叉20的第一叉臂21的自由端，并将所述平衡调节装置30固定于所述音叉20的第二叉臂22的自由端，所述第一叉臂21的自由端与所述第二叉臂22的自由端正相对设置。

步骤S30中，采用环氧树脂或其它粘合剂将传感针尖10粘接到QTF的一个音叉20臂的自由端。在其中一个可选的实施例中，所述传感针尖10固定于所述音叉20的第一叉臂21的自由端的方式为垂直力模式、剪切力模式或者成预设角度固定模式。为了实现两个音叉20臂的附加质量的再平衡，在未安装传感针尖10的音叉20臂上用环氧树脂粘接一段与传感针尖10规格相同的针尖。

本实施例中，上述压电传感探针的制作方法，包括提供基底，利用半导体微纳加工工艺制备传感针尖10。根据所述传感针尖10的尺寸参数，确定音叉20的尺寸参数和平衡调节装置30的尺寸参数。将所述传感针尖10固定于所述音叉20的第一叉臂21的自由端，并将所述平衡调节装置30固定于所述音叉20的第二叉臂22的自由端，所述第一叉臂21的自由端与所述第二叉臂22的自由端正相对设置。本申请采用半导体微纳加工工艺制备传感针尖10，同时通过对称结构提高其Q值，从而得到振动特性优良的AFM探针。通过本申请得到的压电传感探针与基于QTF的、采用金属针尖的AFM探针相比，其Q值可提高3-5倍。相对于传统的A-Probe探针的技术方案也有显著的不同和改进。并且所制备出的原子力显微镜(AFM)的压电传感探针兼容性较好，使用较为简单、方便。

在其中一个实施例中，步骤S30之后包括：

对所述平衡调节装置30进行微量调控，直至所述压电传感探针的Q值达到预设值。可选地，微量调控的一种方法为，在所述平衡调节装置30上截取至预设长度。即调控平衡金属丝的长度。在平衡金属丝的末端上每次小心地去除一小段(约0.1mm)，使其长度和有效质量发生变化；接着监测音叉20探针机械共振的Q值；如果Q值达到要求则可结束调控，否则再次截去一小段，直到Q值满足要求。

可选地，微量调控的另一种方法为，将预设量的固化胶添加至所述音叉20的第二叉臂22的自由端。即通过调控固化胶的用量，达到调节再平衡音叉20附加质量的效果。一种典型的方法是采用光固化胶。具体方法如下：采用微量注射器将液态的光固化胶注射到第二叉臂22的特定位置上，每次控制所添加胶的质量，如每次添加10ug量级左右。接着监测音叉20探针机械共振的Q值；如果Q值达到要求则可结束调控，否则再次添加胶的用量，直到Q值满足要求。另外一种典型的方法是采用热固化胶。具体方法与采用光固化胶类似，其目的是通过加热加速胶的固化以利于Q值的快速调控。

在其中一个实施例中，步骤S30之后包括：

提供支架基板40。将所述音叉20的基部23固定于所述支架基板40。所述支架基板40为一块特制的电路板。所述支架基板40用于固定和支撑所述音叉20。所述支架基板40可通过环氧树脂与所述音叉20的基部23相固定，也可通过电极引线50或二者共同支撑所述音叉20。所述支架基板40上有2-4个电气连接装置，用于实现两个或者更多电信号的连通。

本申请提供一种压电传感探针。所述压电传感探针利用上述实施例中任一项所述的压电传感探针的制作方法制备完成。

具体请参见图2，所述原子力显微镜探针包括音叉20、传感针尖10、平衡调节装置30、支架基板40以及电极引线50。利用半导体微纳加工工艺制备传感针尖10。所述传感针尖10材料通常为硅、氮化硅等，也可采用适合用于微纳加工的其它材料。所述音叉20包括第一叉臂21、第二叉臂22以及基部23。所述平衡调节装置30可以为平衡针尖。采用环氧树脂或其它粘合剂将所述传感针尖10粘接到所述音叉20的第一叉臂21的自由端。采用环氧树脂或其它粘合剂将所述平衡调节装置30粘接到所述音叉20的第二叉臂22的自由端。所述支架基板40通过固化胶与所述音叉20的基部23固定连接。并且所述支架基板40与所述音叉20的基部23通过电极引线50连接。

上述压电传感探针的制作方法，包括提供基底，利用半导体微纳加工工艺制备传感针尖10。根据所述传感针尖10的尺寸参数，确定音叉20的尺寸参数和平衡调节装置30的尺寸参数。将所述传感针尖10固定于所述音叉20的第一叉臂21的自由端，并将所述平衡调节装置30固定于所述音叉20的第二叉臂22的自由端，所述第一叉臂21的自由端与所述第二叉臂22的自由端正相对设置。本申请采用半导体微纳加工工艺制备传感针尖10，同时通过对称结构提高其Q值，从而得到振动特性优良的AFM探针。

在一个实施例中，本申请提供一种压电传感探针的制作方法。所述压电传感探针的制作方法分为以下4个步骤。

步骤1、准备石英音叉20(QTF)及支架：

石英音叉20(QTF)采用石英晶体为材料，可通过定制获得；也可采用现有的中心频率为32.768kHz为的圆柱型晶振产品去壳获得。选择外径3mm、长度8mm的晶振，去壳。如果音叉20尺寸更小(如采用外径为2mm、长度为6mm的晶振)，则也可以制备出可以使用的压电探针，但其性能参数有所不同，通常其Q值会低一些。实施例中所有音叉20探针的基础制作材料均选用YXC公司(深圳杨兴科技)生产的型号为YT-38的石英音叉20；实施例中所用QTF音叉20的尺寸如表1：

表1实验用石英音叉20及针尖的尺寸等参数

接着，将QTF的电极引线50焊接到支架基板40上，使QTF面垂直于支架基板40。实施例中，支架基板40采用一块约12mm*9mm*0.6mm的电路板。为了使所述支架基板40与QTF的连接更稳定，还可在支架基板40侧面凹槽位置与音叉20的基部23(包括电极引线50位置和音叉20底部侧面)之间用环氧树脂粘接起来。所述支架基板40上有2-4个电气连接装置，可将QTF的电极引出；如果需要，也可将传感针尖10的电极信号或其它电极信号一并引出。

步骤2、准备传感针尖10：

传感针尖10采用微纳加工工艺制备而成。传感针尖10的材料通常为硅、氮化硅等，也可采用适合用于微纳加工的其它材料。传感针尖10通常为锥形，但也可为其它特定形状。传感针尖10高度范围约10-400微米，锥角范围约10-45度，前端曲率半径约1-50纳米范围。

传感针尖10通常不需导电，但也可根据需要采用导电的、或磁性的针尖，或其它声、光、热的传感针尖10。传感针尖10可采用通常的激光位置检测用的、微悬臂AFM探针的针尖替代，只需在针尖底部将悬臂梁截断即可使用。传感针尖10采用半导体微纳加工工艺制造，其余参数和性能还可根据需求进行设计和制造。

在一个可选的实施例中，提供了一款典型的、用于原子力显微镜(AFM)形貌成像的传感针尖10。该传感探针的外观尺寸如图3所示。所述传感针尖10材料为硅或氮化硅，侧面为四面体形状，锥角约为40度，高度约为350微米，底部直径约为280微米；所述传感针尖10的前端曲率半径约为10纳米(需保证不大于15纳米)；支架外尺寸约为460微米*950微米*10微米，支架外框宽度约为40微米，内框宽度约20微米；支架厚度约10微米。

步骤3、粘接传感针尖10：

在石英音叉20的一个叉臂上粘接传感针尖10。粘接所用的粘结剂可以采用环氧树脂、导电银胶、快干胶或其它粘合剂。为了减少粘接时胶的用量，可采用将传感针尖10背面待粘结区域先涂胶，然后再静置于音叉20叉臂上稍微压紧并等待其凝固的粘合方式。如果希望减小粘合时间，可以采用光敏或热敏型的树脂，以便通过光照或加热的方式加快其粘合速度。

传感针尖10的粘接方式：一般粘合在音叉20叉臂的侧面(较薄的一面，如在实例中宽度为0.38mm的面上)，可采用垂直力模式(探针针尖方向与音叉20臂垂直或近似垂直)，但也可采用剪切力模式(探针针尖与音叉20臂平行或近似平行)，或采用探针针尖与音叉20臂成一定角度(如40-50度)的粘合方式。如图4所示。

步骤4、粘接平衡针尖或叉臂再平衡处理；

在未安装传感针尖10的叉臂上粘接平衡针尖以实现音叉20叉臂附加质量的再平衡。平衡针尖的一个优选的方案是采用与传感针尖10同样或相近规格的微纳加工针尖，用相同的结合剂进行粘接。平衡针尖的粘接方向及部位必须与传感针尖10的粘合方向及部位保持对称，即相对于两个音叉20叉臂轴向中心旋转180度后的对称位置(也就是说在分别在两个叉臂上的粘合区域的连线刚好经过QTF的轴向中心)。这样做可以使得探针测量时所用机械振动模式尽可能地对称性，从而有利于其Q值的提高。采用上述方法粘接平衡针尖后，通常不再需要进行叉臂的再平衡处理即可制造出Q值较高的QTF压电探针(通常Q值可达4000-6000)。

叉臂再平衡处理也可不用微纳加工针尖为材料，而是用大约相等质量的树脂粘胶替代，达到同样的质量再平衡的效果。一种典型的方法是采用光固化胶。具体方法如下：采用微量注射器将液态的光固化胶注射到再平衡音叉20臂的特定位置上，每次控制所添加胶的质量，如每次添加10ug量级左右。接着监测音叉20探针机械共振的Q值；如果Q值达到要求则可结束调控，否则再次添加胶的用量，直到Q值满足要求。

在一个可选的实施例中，采用粘接如图3所示的传感针尖10和平衡针尖的方法，按图1方法制备QTF压电传感探针的Q值可达到5000左右。可见，采用本申请提供的压电传感探针的制作方法制备的压电传感探针可以显著提升QTF探针的性能(特别提高其Q值和简化制造流程)。

上述压电传感探针的制作方法，所制备出的原子力显微镜(AFM)的压电传感探针可获得很好的机械振动的性能(Q值通常可达到5000左右)，且具有针尖前端形状稳定可控、可批量制备等突出优点。与基于QTF的、采用金属针尖的AFM探针相比，其Q值可提高3-5倍。相对于传统的A-Probe探针的技术方案也有显著的不同和改进。并且所制备出的原子力显微镜(AFM)的压电传感探针兼容性较好，使用较为简单、方便。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种压电传感探针的制作方法，其特征在于，包括：

提供基底，利用半导体微纳加工工艺制备传感针尖；所述传感针尖的材料为适用于半导体微纳加工工艺的材料；

将所述传感针尖固定于所述音叉的第一叉臂的自由端，并将所述平衡调节装置固定于所述音叉的第二叉臂的自由端，所述第一叉臂的自由端与所述第二叉臂的自由端正相对设置；

对所述平衡调节装置进行微量调控，直至所述压电传感探针的Q值达到预设值；所述Q值是所述传感探针的品质因数；所述对所述平衡调节装置进行微量调控，包括：在所述平衡调节装置上截取至预设长度或在所述第二叉臂的自由端添加预设量的固化胶。

2.根据权利要求1所述的压电传感探针的制作方法，其特征在于，所述半导体微纳加工工艺包括适于加工所述传感针尖的微纳加工工艺。

3.根据权利要求1所述的压电传感探针的制作方法，其特征在于，所述传感针尖的形状为锥形，所述传感针尖长度为10μm至400μm，所述传感针尖的锥角为10°至45°，所述传感针尖的前端为近似半球形，其曲率半径为1nm至50nm。

4.根据权利要求1所述的压电传感探针的制作方法，其特征在于，所述音叉的第一叉臂的质量为所述传感针尖的质量200倍至50000倍，所述平衡调节装置的质量与所述传感针尖的质量相同。

5.根据权利要求1所述的压电传感探针的制作方法，其特征在于，所述平衡调节装置的材料为金属材料、树脂材料、硅材料或者氮化硅材料。

6.根据权利要求4或5所述的压电传感探针的制作方法，其特征在于，所述平衡调节装置为与所述传感针尖规格相同的针尖。

7.根据权利要求1所述的压电传感探针的制作方法，其特征在于，所述传感针尖通过环氧树脂固定于所述音叉的第一叉臂的自由端。

8.根据权利要求1所述的压电传感探针的制作方法，其特征在于，所述固化胶包括光固化胶或热固化胶。

9.根据权利要求1所述的压电传感探针的制作方法，其特征在于，所述将所述传感针尖固定于所述音叉的第一叉臂的自由端，并将所述平衡调节装置固定于所述音叉的第二叉臂的自由端的步骤之后包括:

提供支架基板；

将所述音叉的基部固定于所述支架基板。

10.一种压电传感探针，其特征在于，利用权利要求1-9中任一项所述的压电传感探针的制作方法制备完成。