RU2402782C2 - Method of manufacturing probes based on quartz resonators - Google Patents
Method of manufacturing probes based on quartz resonators Download PDFInfo
- Publication number
- RU2402782C2 RU2402782C2 RU2006145409/28A RU2006145409A RU2402782C2 RU 2402782 C2 RU2402782 C2 RU 2402782C2 RU 2006145409/28 A RU2006145409/28 A RU 2006145409/28A RU 2006145409 A RU2006145409 A RU 2006145409A RU 2402782 C2 RU2402782 C2 RU 2402782C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- needle
- quartz resonator
- shoulder
- glue
- quartz
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области сканирующей зондовой микроскопии, а более конкретно к способам изготовления измерительных зондов.The invention relates to the field of scanning probe microscopy, and more particularly to methods for manufacturing measuring probes.
В настоящее время широко используется способ изготовления зондов для сканирующих зондовых микроскопов (СМЗ), заключающийся в приклеивании иглы к плечу кварцевого резонатора [1-3].Currently, a widely used method of manufacturing probes for scanning probe microscopes (SMZ), which consists in gluing a needle to the shoulder of a quartz resonator [1-3].
Первый недостаток этого способа заключается в отсутствии фиксированной ориентации иглы. При высыхании клея силы поверхностного натяжения ориентируют иглу неконтролируемым образом, что приводит к снижению точности измерений.The first disadvantage of this method is the lack of a fixed orientation of the needle. When the glue dries, the surface tension forces orient the needle in an uncontrolled manner, which leads to a decrease in measurement accuracy.
Вторым недостатком является недостаточная прочность крепления иглы к плечу кварцевого резонатора.The second disadvantage is the insufficient strength of the needle attachment to the shoulder of the quartz resonator.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ формирования зонда СЗМ, описанный в [4]. Проблема разориентации иглы в процессе затвердевания клея решается в данном случае использованием двух игл, одна из которых изготовлена из магнитно-мягкого материала и приклеена к первому плечу кварцевого резонатора, а другая изготовлена из магнитно-твердого материала. Эта игла закреплена на втором плече кварцевого резонатора и используется в качестве постоянного магнита для принудительной взаимной ориентации обеих игл.The closest in technical essence and the achieved effect is the method of forming an SPM probe described in [4]. The problem of misorientation of the needle during the hardening of the glue is solved in this case using two needles, one of which is made of soft magnetic material and glued to the first arm of the quartz resonator, and the other is made of hard magnetic material. This needle is mounted on the second arm of the quartz resonator and is used as a permanent magnet for forced mutual orientation of both needles.
Этот способ изготовления зонда СЗМ выбран в качестве прототипа предложенного решения. Недостатком прототипа является то, что область его применения ограничена магнитно-силовой микроскопией. Для других видов силовой микроскопии используются оптоволоконные, вольфрамовые, платино-иридиевые и платино-родиевые иглы, которые этим способом не приклеиваются. Кроме того, при подобном способе изготовления зонда проблема недостаточной прочности крепления иглы к плечу кварцевого резонатора и ее точной ориентации по оси остается нерешенной.This method of manufacturing an SPM probe is selected as a prototype of the proposed solution. The disadvantage of the prototype is that its scope is limited by magnetic force microscopy. For other types of force microscopy, fiber optic, tungsten, platinum-iridium and platinum-rhodium needles are used, which are not glued in this way. In addition, with a similar method for manufacturing the probe, the problem of insufficient strength of the needle fastening to the shoulder of the quartz resonator and its exact axis orientation remains unresolved.
Технический эффект изобретения состоит в расширении функциональных возможностей измерительных зондов и увеличении их надежности.The technical effect of the invention consists in expanding the functionality of the measuring probes and increasing their reliability.
Это достигается тем, что в описываемом способе изготовления зондов СЗМ проводят принудительную ориентацию иглы по трем координатам, которую уточняют и сохраняют в процессе склеивания.This is achieved by the fact that in the described method of manufacturing SPM probes, the needle is forcedly oriented in three coordinates, which is refined and stored during gluing.
Одним из вариантов осуществления изобретения является то, что после достижения контакта между плечом кварцевого резонатора и первым концом иглы область контакта подвергают обработке ионизирующим, или ультрафиолетовым, или инфракрасным излучением или ультразвуком.One of the embodiments of the invention is that after reaching contact between the shoulder of the quartz resonator and the first end of the needle, the contact area is treated with ionizing, or ultraviolet, or infrared radiation or ultrasound.
Следующий вариант осуществления изобретения заключается в том, что перед нанесением клея на плечо кварцевого резонатора иглу погружают в соляную кислоту и затем промывают дистиллированной водой.A further embodiment of the invention is that before applying the adhesive to the shoulder of the quartz resonator, the needle is immersed in hydrochloric acid and then washed with distilled water.
Другим вариантом осуществления изобретения является то, что для нанесения клея на плечо кварцевого резонатора используют микродозирование.Another embodiment of the invention is that microdosing is used to apply glue to the shoulder of the quartz resonator.
Последний вариант осуществления изобретения заключается в том, что перед закреплением кварцевого резонатора в первом держателе кварцевый резонатор погружают в жидкость и возбуждают его колебания на ультразвуковых частотах.The last embodiment of the invention is that before fixing the quartz resonator in the first holder, the quartz resonator is immersed in a liquid and its oscillations are excited at ultrasonic frequencies.
Сущность изобретения поясняется ниже с помощью чертежей, на которых схематично изображено:The invention is illustrated below using the drawings, which schematically depict:
фиг.1 - устройство для изготовления зондов СЗМ, вид сверху;figure 1 - device for the manufacture of SPM probes, top view;
фиг.2 - способ взаимной ориентации иглы и кварцевого резонатора в процессе изготовления зонда СЗМ.figure 2 is a method of mutual orientation of the needle and the quartz resonator in the manufacturing process of the probe SPM.
Устройство для изготовления зондов СЗМ 1 содержит первый держатель 2 кварцевого резонатора 3, второй держатель 4 иглы 5, прижимные винты 6 и 7 для крепления кварцевого резонатора 3 и иглы 5 и винты 8 и 9 для передвижения держателей 2 и 4 вдоль осей Х и Y. Стрелками изображено направление возможного перемещения держателей 2 и 4. Вместо прижимных винтов 6 и 7 могут быть также использованы прищепочные зажимы и многоштырьевые разъемы [5]. На втором держателе 4 может быть установлен зажим 10, сопряженный с винтом 11, обеспечивающим подвижку зажима 10 вдоль оси Z.A device for manufacturing SPM probes 1 comprises a
Устройство для изготовления зондов СЗМ не описано детально, т.к. оно не является предметом изобретения. В качестве варианта осуществления способа могут быть также использованы держатели, описанные в [5].The device for the manufacture of SPM probes is not described in detail, because it is not the subject of the invention. As an embodiment of the method, holders described in [5] can also be used.
Изготовление зондов СЗМ выполняют следующим образом. Кварцевый резонатор 3 закрепляют в первом держателе 2 при помощи прижимного винта 6. Поверхность кварцевого резонатора 3 может быть предварительно очищена. Для этого кварцевый резонатор 3 погружают в жидкость, его контакты закрепляют в многоштырьевом разъеме и подают на контакты переменный электрический ток для возбуждения ультразвуковых колебаний. В качестве жидкости может быть использовано поверхностно-активное вещество или комплексообразователь, например ацетонитрил [6].The manufacture of SPM probes is as follows. The quartz resonator 3 is fixed in the
После того, как кварцевый резонатор 3 закреплен в первом держателе 2, на выбранную область 12 (фиг.2) плеча кварцевого резонатора 3 наносят клей с помощью обычной иглы. Клея должно быть не слишком много, иначе это отрицательно повлияет на рабочие характеристики зонда, а именно уменьшит его чувствительность за счет уменьшения добротности.After the quartz resonator 3 is fixed in the
Для нанесения клея может быть также использован микродозатор, представляющий собою проволоку того же диаметра, что и приклеиваемая игла 5. Эту проволоку окунают в клей приблизительно на 1-2 мм и затем извлекают. При этом на конце проволоки образуется капля клея, достаточная для приклеивания иглы 5.For applying glue, a microdoser can also be used, which is a wire of the same diameter as the glued needle 5. This wire is dipped into the glue by about 1-2 mm and then removed. At the same time, a drop of glue is formed at the end of the wire, sufficient for gluing the needle 5.
Для приклеивания игл используют полимерный клей на основе эпоксидных смол UHU plus endfest 300 либо Torr Seal (Varian). Его полное затвердевание происходит через 24 часа после смешивания исходных компонентов.For gluing needles use a polymer adhesive based on epoxy resins UHU plus endfest 300 or Torr Seal (Varian). Its complete solidification occurs 24 hours after mixing the starting components.
После того, как клей нанесен на выбранную область 12 плеча кварцевого резонатора 3, первый конец иглы 13 (фиг.2) обрезают так, чтобы остаточная длина иглы составила, например, 3 мм в длину и закрепляют во втором держателе 4 с помощью зажима 10 и прижимного винта 7.After the adhesive has been applied to the
Кроме того, можно провести предварительную обработку иглы 5. Эта операция может включать в себя погружение в соляную кислоту с последующим ополаскиванием дистиллированной водой. Для игл диаметром порядка 10 мкм можно провести облучение ультрафиолетовым излучением.In addition, you can pre-treat the needle 5. This operation may include immersion in hydrochloric acid, followed by rinsing with distilled water. For needles with a diameter of the order of 10 microns, irradiation with ultraviolet radiation can be carried out.
Следует упомянуть, что в качестве иглы может быть использовано оптоволокно, платино-иридиевая и платино-родиевая проволока, а также вольфрамовые и никелевые иглы. Оптоволоконные иглы широко применяются в ближнепольной оптической микроскопии. Метод их изготовления описан, например, в [7].It should be mentioned that fiber, platinum-iridium and platinum-rhodium wire, as well as tungsten and nickel needles can be used as a needle. Fiber optic needles are widely used in near-field optical microscopy. The method of their manufacture is described, for example, in [7].
Платино-иридиевая и платино-родиевая проволоки обладают такими достоинствами, как химическая стойкость, прочность, упругость. Но методы заточки игл, сделанных из этих проволок, очень сложны и поэтому данные иглы не затачивают.Platinum-iridium and platinum-rhodium wires have such advantages as chemical resistance, strength, elasticity. But the methods for sharpening needles made from these wires are very complicated and therefore these needles are not sharpened.
Вольфрамовые иглы также обладают высокой прочностью, но их поверхность окисляется на воздухе. Вместе с тем окисел легко удаляется, а, кроме того, хорошо разработаны методы электрохимической заточки вольфрамовых игл [5]. Использование вышеупомянутых игл расширяет область применения зондов СЗМ, изготавливаемых описываемым способом.Tungsten needles also have high strength, but their surface is oxidized in air. At the same time, the oxide is easily removed, and, in addition, methods for the electrochemical sharpening of tungsten needles are well developed [5]. The use of the above needles expands the scope of SPM probes manufactured by the described method.
Никелевые иглы используются в магнитно-силовой микроскопии. Метод их изготовления описан в [8].Nickel needles are used in magnetic force microscopy. The method of their manufacture is described in [8].
Закрепив второй конец иглы 14 (фиг.2) во втором держателе 4 посредством винтов 8 и 9 выполняют грубое сближение держателей 2 и 4. Убедившись, что взаимная ориентация иглы 5 и плеча кварцевого резонатора 3 соответствует желаемой, продолжают аккуратно сближать держатели 2 и 4 до достижения контакта между первым концом иглы 13 и плечом кварцевого резонатора 3 в выбранной области 12. При этом после приклеивания второй конец иглы 14 будет выступать примерно на 0.5-1.5 мм над поверхностью плеча кварцевого резонатора 3.Having fixed the second end of the needle 14 (Fig. 2) in the
На этапе конечного сближения первого и второго держателей 2 и 4 может быть использован оптический микроскоп для облегчения визуального контроля взаимной ориентации кварцевого резонатора 3 и иглы 5.At the stage of final approach of the first and
Для ускорения процесса затвердевания клея и улучшения качества крепления область контакта между иглой 5 и плечом кварцевого резонатора 3 можно обработать ионизирующим или инфракрасным излучением, а также ультразвуком.To accelerate the curing process of the glue and improve the quality of attachment, the contact area between the needle 5 and the shoulder of the quartz resonator 3 can be treated with ionizing or infrared radiation, as well as ultrasound.
После того, как клей полностью затвердеет, готовый зонд извлекают из держателей 2 и 4. Для этого, используя прижимный винт 7, ослабляют зажим 10 и с помощью винта 9 осторожно отодвигают первый держатель 2 назад. Затем ослабляют прижимный винт 6 первого держателя 2 и извлекают зонд.After the glue has completely hardened, the finished probe is removed from the
Метод принудительной ориентации по трем координатам, предложенный в данном изобретении, позволяет расширить область применения зондов СЗМ, т.к. в отличие от прототипа здесь в качестве иглы может быть использовано оптоволокно, платино-иридиевая и платино-родиевая проволока, а также вольфрамовые и никелевые иглы.The method of forced orientation in three coordinates proposed in this invention allows us to expand the scope of SPM probes, because unlike the prototype, optical fiber, platinum-iridium and platinum-rhodium wire, as well as tungsten and nickel needles can be used here as a needle.
Кроме того, в отличие от прототипа предложенный метод дает возможность изменять количество используемого клея в зависимости от типа иглы и более точно ориентировать ее в пространстве. Уменьшение количества клея и точная ориентация иглы приводит к увеличению чувствительности изготавливаемого зонда и также расширяет его функциональные возможности.In addition, unlike the prototype, the proposed method makes it possible to change the amount of glue used depending on the type of needle and more accurately orient it in space. Reducing the amount of glue and the exact orientation of the needle increases the sensitivity of the manufactured probe and also expands its functionality.
Обработка области контакта ионизирующим излучением способствует лучшему перемешиванию клея и уменьшению времени его затвердевания, что приводит к улучшению качества крепления иглы к плечу кварцевого резонатора.Processing the contact area with ionizing radiation contributes to a better mixing of the glue and a reduction in its curing time, which leads to an improvement in the quality of the attachment of the needle to the shoulder of the quartz resonator.
При использовании иглы толщиной порядка 10 мкм проводят обработку поверхности иглы и/или области контакта кварцевого резонатора и первого конца иглы посредством УФ излучения. Это способствует уничтожению бактерий, которые по размерам становятся сравнимы с площадью поперечного сечения иглы и отрицательно влияют на качество приклеивания. Обработка ультрафиолетовым излучением ускоряет процесс затвердевания некоторых марок клея и улучшает качество приклеивания. Использование игл столь малого диаметра расширяет функциональные возможности изготавливаемого зонда.When using a needle with a thickness of the order of 10 μm, the surface of the needle and / or the contact area of the quartz resonator and the first end of the needle are treated with UV radiation. This contributes to the destruction of bacteria, which in size become comparable with the cross-sectional area of the needle and adversely affect the quality of adhesion. UV treatment speeds up the curing process of some types of glue and improves the bonding quality. The use of needles of such a small diameter extends the functionality of the manufactured probe.
Воздействие ультразвуком на область контакта улучшает перемешивание компонентов клея и приводит к увеличению надежности крепления.The impact of the ultrasound on the contact area improves mixing of the components of the adhesive and leads to an increase in the reliability of fastening.
Воздействие инфракрасным излучением на область контакта ускоряет процесс затвердевания клея и улучшает качество приклеивания.Influence of infrared radiation on the contact area accelerates the curing of the adhesive and improves the quality of adhesion.
Погружение иглы в соляную кислоту с последующим промыванием дистиллированной водой приводит к возникновению микрокаверн на поверхности иглы. В результате чего увеличивается площадь контакта между иглой и плечом кварцевого резонатора и качество приклеивания улучшается.Immersion of the needle in hydrochloric acid, followed by washing with distilled water, leads to microcavities on the surface of the needle. As a result, the contact area between the needle and the arm of the quartz resonator increases, and the bonding quality improves.
Использование микродозирования для нанесения клея на плечо кварцевого резонатора позволяет уменьшить количество клея и тем самым увеличить добротность и чувствительность изготавливаемого зонда и, следовательно, расширить его функциональные возможности.The use of microdosing for applying glue to the shoulder of a quartz resonator allows to reduce the amount of glue and thereby increase the quality factor and sensitivity of the manufactured probe and, therefore, expand its functionality.
Погружение кварцевого резонатора в жидкость и возбуждение его колебаний на ультразвуковых частотах способствует очистке поверхности кварцевого резонатора, улучшает качество приклеивания иглы и повышает надежность зонда.The immersion of a quartz resonator in a liquid and the excitation of its oscillations at ultrasonic frequencies helps to clean the surface of the quartz resonator, improves the quality of gluing the needle and increases the reliability of the probe.
В заключение следует отметить, что улучшение качества приклеивания иглы и, следовательно, повышение надежности зондов приводит к расширению их функциональных возможностей, поскольку такие зонды могут быть использованы в более широком спектре приборов. Например, в вакуумном приложении сканирующей зондовой микроскопии используются многозондовые кассеты, и надежность отдельного зонда играет здесь важную роль, т.к. замена пришедшего в негодность зонда является довольно трудоемкой операцией.In conclusion, it should be noted that improving the quality of gluing the needle and, consequently, increasing the reliability of the probes leads to the expansion of their functionality, since such probes can be used in a wider range of devices. For example, in a vacuum application of scanning probe microscopy, multi-probe cartridges are used, and the reliability of a single probe plays an important role here, because replacing a failed probe is a rather time-consuming operation.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США № 5641896,1997.1. US patent No. 5641896,1997.
2. Патент Великобритании № 2289759,1995.2. British patent No. 2289759,1995.
3. W.H.J.Rensen, N.F. van Hulst, A.G.T.Ruiter, P.E.West, Atomic steps with tuning-fork-based noncontact atomic force microscopy, Appl. Phys. Let., v.75, №11, 1999.3. W.H. J. J. Rensen, N.F. van Hulst, A.G.T.Ruiter, P.E. West, Atomic steps with tuning-fork-based noncontact atomic force microscopy, Appl. Phys. Let., V. 75, No. 11, 1999.
4. Патент Российской Федерации № 2208763 С 1,2001.4. Patent of the Russian Federation No. 2208763 C 1,2001.
5. Е.А.Коленко, Технология лабораторного эксперимента, С.Петербург, 1994, с.652-658.5. E.A. Kolenko, Technology of a laboratory experiment, S. Petersburg, 1994, p. 652-658.
6. Е.З.Мазель, Ф.П.Пресс, Планарная технология кремниевых приборов, Москва, 1974, с.71.6. E.Z. Mazel, F.P.Press, Planar technology of silicon devices, Moscow, 1974, p. 71.
7. Патент WO № 03/056567 А2, 2003.7. Patent WO No. 03/056567 A2, 2003.
8. Патент Японии № 0434403, 1991.8. Japanese Patent No. 0434403, 1991.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006145409/28A RU2402782C2 (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Method of manufacturing probes based on quartz resonators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006145409/28A RU2402782C2 (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Method of manufacturing probes based on quartz resonators |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006145409A RU2006145409A (en) | 2008-06-27 |
RU2402782C2 true RU2402782C2 (en) | 2010-10-27 |
Family
ID=39679634
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006145409/28A RU2402782C2 (en) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Method of manufacturing probes based on quartz resonators |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2402782C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2724301C2 (en) * | 2018-12-17 | 2020-06-22 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Method for increasing strength of multi-probe heads probes |
-
2006
- 2006-12-21 RU RU2006145409/28A patent/RU2402782C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2724301C2 (en) * | 2018-12-17 | 2020-06-22 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Method for increasing strength of multi-probe heads probes |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006145409A (en) | 2008-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20060033798A (en) | Probe for an atomic force microscope | |
JPWO2006106818A1 (en) | Cantilever for scanning probe microscope and scanning probe microscope having the same | |
JP2008514927A (en) | Sensors for electrochemical, electrical or topographic analysis | |
US20060272061A1 (en) | Method for manufacturing a one-dimensional nano-structure-based device | |
JP2004325428A (en) | Signal detecting probe having rod-shaped nanostructure adhering thereto, and manufacturing method thereof | |
US8959661B2 (en) | Atomic force microscope probe, method for preparing same, and uses thereof | |
JP2001208671A (en) | Optical fiber probe, cantilever having microscopic opening and method of forming opening therein | |
RU2402782C2 (en) | Method of manufacturing probes based on quartz resonators | |
JP4427824B2 (en) | Probe manufacturing method, probe, and scanning probe microscope | |
JP3069900B2 (en) | Optical probe, manufacturing method thereof, and scanning near-field optical microscope | |
US20010050342A1 (en) | Scanning tip and process for its production and use, particularly for a scanning probe microscope | |
JP2000227435A (en) | Probe for operating surface signal of electronic device, and manufacture thereof | |
JP3491043B1 (en) | Optical fiber probe manufacturing method and fine material processing method | |
US9500671B2 (en) | AFM-coupled microscale radiofrequency probe for magnetic resonance imaging and spectroscopy | |
Wegmann et al. | Investigating fibrillar aggregates of Tau protein by atomic force microscopy | |
JPH1010154A (en) | Manufacture for probe unit | |
JPH1073608A (en) | Base member of cantilever tip for scanning probe microscope and cantilever tip for scanning probe microscope using the same | |
JP7282371B2 (en) | Atomic Force Microscope Enabling Electrophysiological Analysis | |
KR101007816B1 (en) | Mount of Cantilever for Atomic Force Microscope | |
EP1762838A1 (en) | Sample stand arrangement for scanning type probe microscope | |
JP7273408B2 (en) | Scanning probe microscope and Z drive | |
RU2208763C1 (en) | Probe on base of quartz crystal vibrator for scanning probe microscope | |
JP2003149119A (en) | Conductive transparent probe | |
KR102005911B1 (en) | Method of producing large size of hydrogel prove and hydrogel prove thereof | |
Wu et al. | In-plane fabrication of insulated gold-tip probes for electrochemical and force spectroscopy molecular experiments |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111222 |