一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针及其制备方法

1.本发明涉及微波检测技术领域，具体涉及一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针及其制备方法。


背景技术：

2.扫描微波显微镜(scanning microwave microscopy，smm)作为一种灵敏度极高的电气测量技术，能够测量低至百万分之一皮法拉之下的电容，该技术可以在室温、低温以及高磁场环境下表征材料和器件的介电常数和电导率变化。smm已经应用于各种材料，如电介质、半导体、二维材料、生物以及液体样品等，是目前研究纳米科技以及材料分析的重要工具之一。
3.smm能获得广泛应用的原因，不仅在于自身独特的优势，还得益于探针制作技术的发展。现有屏蔽扫描微波探针尽管便于微波信号的传输，但是这也在一定程度上限制了smm的工作频率，导致使用屏蔽探针只能在单一频率下工作，而且此类型扫描微波探针制备工艺复杂，成本较高。
4.因此，现需要一种能够在多频率点上准确反映出样品表面与探针之间微弱原子力变化的，用于扫描微波显微镜的扫描微波探针及其制备方法。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针及其制备方法，以解决现有技术中的扫描频率单一、制作工艺复杂的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针，包括：基板、电极片、悬臂梁和探针针尖，电极片通过印刷工艺沉积在基板上，悬臂梁通过导电胶固定于基板上，并且一端与电极片相接触，另一端悬空设置，悬臂梁悬空的一端向电极片一侧弯折，形成探针针尖，制备悬臂梁的材料为铂金或其他金属导电材料。
7.进一步地，制备基板的材质为氧化铝或其他不导电材料。
8.进一步地，制备电极片的材料为金或其他导电材料。
9.进一步地，探针针尖的尖端半径小于20nm。
10.进一步地，悬臂梁远离电极片的一端向电极片一侧弯折60度。
11.一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针的制备方法，具体包括如下步骤：
12.s1，利用印刷工艺将电极片沉积于基板上；s2，利用机械滚轴将铂丝压制成铂扁丝，并采用金刚石抛光纸打磨铂扁丝至其表面光滑，得到悬臂梁；s3，使用导电胶将悬臂梁的一部分固定在基板上，预留一部分悬空设置，并在悬空部分的前端进行弯折，得到探针针尖；s4，利用电化学腐蚀法对弯折部分进行腐蚀，以制备探针针尖，并利用离子轰击法修饰探针针尖，最终得到尖端半径小于20nm的探针针尖；s5，利用磁控溅射法在悬臂梁的与探针针尖相反的一面上镀一层铝膜。
13.进一步地，步骤s1具体为：利用印刷工艺在3.4
×
1.6
×
0.25mm的三氧化二铝陶瓷
基板上镀10um厚度的1.4
×
1mm的电极片，电极片的材质为金。
14.进一步地，步骤s2具体为：使用机械滚轴将直径0.1mm的铂丝压制成铂扁丝，压平后即得到悬臂梁。
15.进一步地，步骤s3中，利用光学显微镜，将100-200nm长度的铂扁丝弯折60度，弯折的部分即为探针针尖。
16.进一步地，步骤s4具体为：使用刻蚀剂为质量百分数为20％的氯化钙溶液对铂扁丝悬空部分的前端进行电化学腐蚀，以制备探针针尖。
17.本发明具有如下有益效果：利用印刷工艺和电化学腐蚀技术相结合，有良好的可重复性和操作性，提高了制作效率和探针成品率，并且制备悬臂梁的材料为铂金或其他金属导电材料，避免了现有技术中扫描微波探针制备材料多样化，制备工艺复杂的问题。根据本发明提供的方法制备的扫描微波探针可以在多种频率下进行材料特性的测量分析，而且制作工艺简单，耗时短。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。在附图中：
19.图1示出了本发明的一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针的整体结构示意图；
20.图2示出了本发明提供的一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针的制备方法中制备探针针尖的过程示意图；
21.图3示出了利用本发明提供的一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针的制备方法对悬臂梁镀铝膜后的示意图；
22.图4示出了利用本发明提供的一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针加载微波后的频率s
11
图。
23.其中，上述附图中的附图标记为：
24.1、基板；2、电极片；3、悬臂梁；4、探针针尖；5、铝膜。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
26.如图1所示的一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针，包括：基板1、电极片2、悬臂梁3和探针针尖4，电极片2通过印刷工艺沉积在基板1上，悬臂梁3通过导电胶固定于基板1上，并且一端与电极片2相接触，另一端悬空设置，悬臂梁3悬空的一端向电极片一侧弯折，形成探针针尖4，制备悬臂梁3的材料为铂金或其他金属导电材料。
27.本发明将印刷工艺和电化学腐蚀技术相结合，其中电化学腐蚀技术用于制备探针针尖4，有良好的的可重复性和操作性，提高了制作效率和探针成品率，并且制备悬臂梁3的
材料为铂金或其他金属导电材料，避免了现有技术中扫描微波探针制备材料多样化，制备工艺复杂的问题。根据本发明提供的方法制备的扫描微波探针可以在多种频率下进行材料特性的测量分析，而且制作工艺简单，耗时短。
28.具体地，制备基板1的材质为氧化铝或其他不导电材料。
29.具体地，制备电极片2的材料为金或其他导电材料。
30.具体地，探针针尖4的尖端半径小于20nm。
31.具体地，悬臂梁3远离电极片2的一端向电极片2一侧弯折60度。
32.本发明还提供一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针的制备方法，具体包括如下步骤：
33.s1，利用印刷工艺将电极片2沉积于基板1上。
34.具体地，步骤s1具体为：利用印刷工艺在3.4
×
1.6
×
0.25mm的三氧化二铝陶瓷基本1上镀10um厚度的1.4
×
1mm的电极片2，电极片2的材质为金。
35.s2，利用机械滚轴将铂丝压制成铂扁丝，并采用金刚石抛光纸打磨铂扁丝至其表面光滑，得到悬臂梁3。
36.具体地，步骤s2具体为：使用机械滚轴将直径0.1mm的铂丝压制成铂扁丝，压平后即得到悬臂梁3。
37.s3，使用导电胶将悬臂梁3的一部分固定在基板1上，预留一部分悬空设置，并在悬空部分的前端进行弯折，得到探针针尖4。
38.具体地，步骤s3中，利用镊子等具有类似功能的工具，在光学显微镜下，将100-200nm长度的铂扁丝弯折60度，弯折的部分即为探针针尖4。
39.s4，如图2所示，利用电化学腐蚀法对弯折部分进行腐蚀，以制备探针针尖4，并利用离子轰击法修饰探针针尖4，最终得到尖端半径小于20nm的探针针尖4。
40.具体地，步骤s4具体为：使用刻蚀剂为质量百分数为20％的氯化钙溶液对铂扁丝悬空部分的前端进行电化学腐蚀，以制备探针针尖4。
41.s5，如图3所示，利用磁控溅射法在悬臂梁3的与探针针尖4相反的一面上镀一层铝膜5，提高悬臂梁对激光的反射率，确保位置敏感探测器能够检测到任意方向反射光的偏转。
42.如图4所示，证实了根据本发明制备的扫描微波探针具有多个频率工作点，解决了现有技术中的扫描频率单一的问题。
43.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针，其特征在于，包括：基板、电极片、悬臂梁和探针针尖，所述电极片通过印刷工艺沉积在所述基板上，所述悬臂梁通过导电胶固定于所述基板上，并且一端与所述电极片相接触，另一端悬空设置，所述悬臂梁悬空的一端向所述电极片一侧弯折，形成所述探针针尖，制备所述悬臂梁的材料为铂金或其他金属导电材料。2.根据权利要求1所述的一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针，其特征在于，制备所述基板的材质为氧化铝或其他不导电材料。3.根据权利要求1所述的一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针，其特征在于，制备所述电极片的材料为金或其他导电材料。4.根据权利要求1所述的一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针，其特征在于，所述探针针尖的尖端半径小于20nm。5.根据权利要求1所述的一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针，其特征在于，所述悬臂梁远离所述电极片的一端向所述电极片一侧弯折60度。6.一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针的制备方法，制备如权利要求1-5中任意一项所述的扫描微波探针，其特征在于，具体包括如下步骤：s1，利用印刷工艺将电极片沉积于基板上；s2，利用机械滚轴将铂丝压制成铂扁丝，并采用金刚石抛光纸打磨铂扁丝至其表面光滑，得到悬臂梁；s3，使用导电胶将悬臂梁的一部分固定在基板上，预留一部分悬空设置，并在悬空部分的前端进行弯折，得到探针针尖；s4，利用电化学腐蚀法对弯折部分进行腐蚀，以制备探针针尖，并利用离子轰击法修饰探针针尖，最终得到尖端半径小于20nm的探针针尖；s5，利用磁控溅射法在悬臂梁的与探针针尖相反的一面上镀一层铝膜。7.根据权利要求7所述的一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针的制备方法，其特征在于，步骤s1具体为：利用印刷工艺在3.4
×
1.6
×
0.25mm的三氧化二铝陶瓷基板上镀10um厚度的1.4
×
1mm的电极片，电极片的材质为金。8.根据权利要求7所述的一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针的制备方法，其特征在于，步骤s2具体为：使用机械滚轴将直径0.1mm的铂丝压制成铂扁丝，压平后即得到悬臂梁。9.根据权利要求7所述的一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针的制备方法，其特征在于，步骤s3中，利用光学显微镜，将100-200nm长度的铂扁丝弯折60度，弯折的部分即为探针针尖。10.根据权利要求7所述的一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针的制备方法，其特征在于，步骤s4具体为：使用刻蚀剂为质量百分数为20％的氯化钙溶液对铂扁丝悬空部分的前端进行电化学腐蚀，以制备探针针尖。

技术总结
本发明提供了一种用于扫描微波显微镜的扫描微波探针及其制备方法，扫描微波探针包括：基板、电极片、悬臂梁和探针针尖，电极片通过印刷工艺沉积在基板上，悬臂梁通过导电胶固定于基板上，并且一端与电极片相接触，另一端悬空设置，悬臂梁悬空的一端向电极片一侧弯折，形成探针针尖，制备悬臂梁的材料为铂金或其他金属导电材料。本发明的技术方案克服现有技术中的定频扫描微波探针工作频率单一，制作工艺复杂的问题。工艺复杂的问题。工艺复杂的问题。


技术研发人员：温焕飞 唐军 刘俊 李中豪 郭浩 马宗敏 李鑫
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/24