Зонд для сканирующей микроскопии

Зонд для сканирующей мнкроскопии
Полезная модель относится к нанотехнологическому оборудованию, к устройствам, обеспечивающим наблюдение и измерение рельефа, линейных размеров и других характеристик поверхности различных объектов с помощью сканирующего зондового микроскопа. Возможно также использование полезной модели в низковольтных эмиттерах, а также в манипуляторах для модификации клеточных мембран и для микроинъекпий в клетку или клеточное ядро.
Выпускаемые серийно кремниевые зонды имеют радиус кривизны около 10 им.
Существует ряд методик заострения этих зондов путем выращивания углеродных или углеродно-металлических игл при помощи осаждения материи в электронном или ионном пучке. Типичные радиусы кривизны в этом случае 5-10 нм, что немногим лучше выпускаемых серийно.
Самые острые на сегодня зонды (1-2 нм) были получены п}тсм выращивания одиночных игл на серийно выпускаемых зондах при помощи самоэмиссии в парах металлоорганических соединений (С. Н. Ооп J. Т. L. Thong Y. Lei, and W. К. Chim, High-resolution atomic force microscope nanotip grown by self-field emission. Applied Physics Letters, Vol. 81, No. 16, pp. 3037-3039, 14 October 2002 - наиболее близкий аналог изобретения).
Зонд в соответствии с данной статьей имеет по одной игле из материала с аморфной структурой, содержащего 80% металла и 20% аморфного углерода, длина иглы составляет 0,4-3 мкм, диаметр - 60-90 нм.
Иглы на зондах получают путем их выращивания на предварительно нанесенную на зонд золотую пленку.
К недостаткам известного зонда относится низкая производительность его получения, высокая стоимость получения и
низкий срок хранения, ограниченный из-за окисления металла, а также низкая разрешающая способность зонда.
Задачей полезной модели является устранение всех перечисленных недостатков.
Поставленная задача решается тем, что зонд, преимущественно, для сканирующей зондовой микроскопии, содержит основу зонда и образованные на его острие от 1 до 50 игл с диаметром от 10 до 30 нм из материала, имеющего поликристаллическую структуру, а именно, из алмаза, или алмазоподобного материала, или кремния, или бора, или металла, или иного материала, имеющего поликристаллическую структуру и высокую твердость.
В частных воплощениях полезной модели поставленная задача решается также тем, что зонд может быть выполнен из кремния.
Иглы имеют длину от 10 до 300 нм и радиус кривизны острия 0,7-2 нм.
На фиг. 1 показан предлагаемый зонд.
Полезная модель осуществляется следующим образом.
Выращивание игл на зонде осуществляется в установке вакуумного напыления.
Установка вакуумного напыления имеет стеклянный колпак объемом V  10 литров, оборудованный двумя внешними кольцевыми электродами и плоским внутренним электродом.
Па внешние электроды подается питание от ВЧ генератора (13,6 МГц), подаваемая мощность 100 Вт. Па внутренний электрод подается положите;1ьный потенциал смещения 200 - 350 В. Через натекатель в реактор подается рабочая смесь:
, где X+Y+Z  1, процентная доля в-ва, С углеродосодержащее соединение. Обычно для получения игл из алмаза или алмазоподобного материала используется С7П16 (гептан), но возможно использовать любые углеродосодержащие соединения, включая
металлоорганические, бороорганические и силаны для получения игл из металла, или бора, или кремния.
Основы зондов помещаются на плоский внутренний электрод. Установка откачивается до 10 торр. Заполняется смесью  (типичная смесь - 3-7% CyHiG + 5-10% HjO + 9283% Ar) до окончательного давления Ю  торр, которое поддерживается постоянным на протяжении всего процесса. На внутренний электрод подается положительный потенциал + 300 В. На внешние электроды подаются ВЧ колебания с частотой 13,6 МГц (подаваемая мощность 70ЮОВт).
Нроцесс протекает 2-2,5 часа.
Нолученный зонд (фиг.1) представляет собой основу 1 зонда с острием, на котором образованы иглы 2.
Технические преимущества полезной модели состоят в следующем.
1.Размеры получаемых игл меньше, чем у известных: длина 0,01-0,3 мкм (против 0,4-3 мкм в известных зондах), диаметр 10-30 нм (против 60-90 нм), что существенно увеличивает разрешительную способность зонда.
2.Иглы имеют поликристаллическую структуру (в отличие от аморфной в известном изобретении), что позволяет получить высокую твердость зонда.
3.В известном способе иглы вырашиваются на золотой пленке, предварительно нанесенной на исходный зонд, а в данном изобретении иглы могут быть выращены непосредственно на кремниевом острие.
4.У известного зонда только одна игла, в предложенном - их количество варьируется от 1 до 50, что позволяет при поломке одной иглы, осуществлять сканирование другими.
5.Известная технология позволяет получать по одному зонду, а предложенный способ позволяет производить зонды серийно партиями по несколько сотен штук.
6.Материал, из которого изготовлены иглы у известного зонда, состоит из 80% металла и 20% аморфного углерода, сроки хранения таких игл резко ограничены из-за окисления металла. Предпочтительный материал игл предложенного зонда - алмаз или алмазоподобный углерод, под которым подразумевается углеродный материал с твердостью алмаза с нечетко прописанной кристаллической решеткой - абсолютно инертный, и срок хранения игл неограничен.