应用聚焦离子束∕电子束技术的碳纳米管探针制备工艺研究.pdf

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1、试验研究现代制造工程20lO年第3期应用聚焦离子束／电子束技术的碳纳米管探针制备工艺研究‘韩涛1，徐宗伟1，一，房丰洲1’2，张少婧1(1天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津市微纳制造技术工程中心，天津300072；2天津微纳制造技术有限公司，天津300457)摘要：提出利用电子柬诱导铂沉积和聚焦离子柬铣削技术，实现碳纳米管原子力显微镜探针针尖的制备和结构优化研究。结合高分辨率扫描电子显微镜观测和纳米操纵仪，利用电子束诱导铂沉积实现碳纳米管固定到普通原子力显微镜探针末端，可实现直径小于咖10

2、啪的纳米管探针制备。提出基于聚焦离子束铣削和照射技术实现对纳米管针尖的长度、角度的精确调控优化，纳米管探针的角度调控精度优于10。关键词：碳纳米管探针；原子力显微镜；聚焦离子束；微纳制造中图分类号：11N29文献标识码：A文章编号：167l_3133(2010)03删5—05ResearchintotheCNTmanufacturingtechIlicsbasedonf10cusedionbeaⅡL／electronbeamtechlliqueHAN’ra01，XUZong—weil’2，FANGF

3、eng—zhoul’2，ZHANGShao-jin91(1111eStateKeyIJabomtoryofPrecisionMeasurementTechnology，TianjinUIliversity，Ti酬in300072，China；2Ti删inMicron咖Man血cturingTechCo．Ltd．，Ti肌jin300457，China)Abstmct：Electmnbe锄inducedPtdeposition柚dFocusedIonBe砌(FIB)milliIlgtecllllolog

4、ywereusedtof如ricatehi曲qIlali—tyCarbonN锄otubeTip(CNT)AtoIIlicFo陀eMicm8cope(AFM)pmbe．undert}lehigIIresolutionSc锄ingElectmnMicmscope(sEM)observati∞，CNTw砸fⅨedtotIleendoftl地AFMpmbebyn蚰o_眦lllipIlla_torwidlelectronbe硼inducedPtdepositi∞．-11ledi锄eterof岫CN1．pmbe

5、铀rica吲c锄bele髓tllaIl10llIll．，11lelellgth锄d砸entatmoftlleCN-I'一AFMpmbec蛐beopti·nlizedaccuratelyby兀BIIliUiIlg粕di删i撕onpDocess，tIleprecisionoftIIe锄gleoptiⅡIizati蚰c锄bewitllin1de伊ee．Keywords：Ca如nN卸ombeTip(CNT)；AtoIIlicForceMicDoscope(AFM)；F0cusedI伽Be砌(FIB)；IIl

6、icror脚f如ricali帆O引言原子力显微镜(AFM)是1986年由Binning等人发明，在众多领域中得到了广泛的应用⋯，特别是在观察不具有导电性的生物样品和有机材料时，AFM同样可以给出较高分辨率的表面形貌图像，因而与电子显微镜和扫描隧道显微镜等相比显示出独特的优越性。AFM可以在近乎自然的大气或液体条件下成像，获得三维表面信息，结果也很直观，在生物大分子的研究中显示出其他手段所不具有的优势。探针针尖的形状和尺寸决定获得图像的分辨率及纳米操纵和加工的能力，探针针尖的结构与功能的优化对于拓展A

7、FM技术的应用具有重要意义。AFM传统的硅针尖由于硬脆，极易磨损，其形状为锥形，探针加宽效应明显。研究新型的、具有更高成像分辨率和更加耐磨的针尖就显得尤为重要。碳纳米管具有柱形结构，具有稳定的物理和化学性质，杨氏模量可以达到1．25m，柔韧性非常好，可以克服传统硅针尖的诸多缺点，且耐磨性好、不易污染，也不易对样品产生损伤，因此可以用碳纳米管来制作探针针尖口1，如图1所示。经过研究发现，纳米管针尖除了可以得到高的成像分辨率和具有高的成像稳定性之外，还拓展出了原子力显微镜许多新应用∞t4J。加工纳米管探

8、针分为两种途径：一种是先制备出纳米管，再将其装配到传统针尖的尖端；另一种是先在传统针尖尖端附着催化剂，再使用化学气相沉积的·中国博士后科学基金资助项目(20080440099)；高等学校学科创新引智计划资助项目(B07014)5现代制造工程2010年第3期试验研究图l碳纳米管原子力显微镜针尖‘8】方法催化生长出碳纳米管”，6J。得到纳米管针尖后再通过适当方法对其进行长度和角度调整，最终得到满足要求的产品。将已经制备好的碳纳米管装配到传统硅针尖上的方法有多种，包括通过手