TWI260400B - Probe for scanning thermal microscopes - Google Patents

Description

1260400 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種掃描熱顯微鏡探針。 【先前技#ί】 近年來，隨著奈米科學技術之飛速發展，一系列可針對奈米材料之測量技術 f運而生，其中最引人注目之技術係原子力顯微鏡技術，其具有極高之解析度。 —熱顯微鏡技術係於原子力顯微鏡技術基礎上發展起來，其通過於原子力顯微 2針上製作微鋪電偶’ _溫差電動勢來測量奈米材料之溫度與表面結構。 ，同日溯原子力顯微鏡卓越之空間分辨能力來實現對溫度空間分佈讀確測量。 掃描熱顯微獻量測材料之表面結構時，首先將探針穩定於樣品表面，並向 流絲加熱，當探舰失耻齡之熱封於電雜供之能量時，尖端 ，這_峨^度_。當探針接猶品時，敎量向 卿=端熱糖繩也隨之下降。通職饋轉調節探針 襄:間隙’從而控制恒溫掃描，可獲得材料之表面起伏情况。 掃描熱顯微餘量測材料表面之溫度分 表面，利用材料表面不同位置溫度之不同，相庫所觸材料 而可測量奈料才料溫度空間分佈狀况。 --動勢也不同，從 其中所、所述第—金屬層與第二金屬層之間之-絕缘；， 、中所知-金屬層、絕緣層及第二金騎在某 心象層’ 所述第—金屬層與第二金屬層在探針尖：：°大起’形成-探針， 所述探針之空間 s &連’從而構成微型熱電偶。然而， 鑒域’提供一種具有高空間解析度之 又、 【内容】 ‘熱命政知探針實爲必要。 6 1260400 以下^以實施例說明—種具有高空間解析度之掃描熱顯微鏡探針。 -種掃描熱顯纖探針’其包括:—懸臂;一第一導電層，形成於所述懸臂 表面；-絕緣層，覆於所述第—導電層表面，其具有—通孔；—第二導電声，覆 於所述絕緣層表面，所述第—導電層與第二導電層在所述通孔處相連形成, 偶區；以及-奈純管，其戰於所職電偶區，—端與飾 層相連，另一端為自由端。 乐一导电 子；先她fY所物彳4顯繼探針，將奈米碳管置於掃雜顯微鏡探 針尖端，瓣繼之微小尺寸與軸向高熱傳導性能，可以顯著提高掃描鱗

度，且祕她_提供之彳___ 用不米候s做滅’耻對熱電偶區域無鎌確測，從而可减小蝴難产，從 而降低成本。另外’由於奈米碳管具有良好纖生能，使得概方案二供 之掃描熱顯微鏡探針耐磨不易損壞。 ^ 【實施方式】 " 下面結合_對本發明作進-步詳細說明。‘ 石請2第一圖，爲本發明實施例提供之掃描熱顯微鏡探針10，其包括：一懸 j16 ’第‘電層11，形成於所述懸臂16表面；一絕緣層12，覆於所述第一導 、曾兩表/、具有通孔，一第二導電層u，覆於所述絕緣層12表面，所述第 ,¾層11與第一導電層在所述通孔處相連形成一熱電偶區μ;以及一奈米碳 s山、4成於所述熱電偶區14，一端與熱電偶區14處之第二導電層^相連，另 而為自由。優選地，奈米碳管15基本垂直於熱電偶區1怕外延伸。 …所述熱二偶區^爲第一導電層n與第二導電層U在絕緣層^之通孔處相連 ^成述第—導電層11與第二導電層13在絕緣層12之通孔處相連之方式包括： $導電層11局部由通孔中突出所述絕緣層12外，與第二導電層13相連；第二導 『通過通孔向第—導電層U突起，與第電層11相連。本實施例中第 ‘電曰1局邛由通孔中突出所述絕緣層12外，與第二導電層13相連。 所述第—導電層U使用之材料可選㈣、銅、喊鎂中之-種或幾種之混 7 1260400 . 二導電層13使用之材料可選自金、鎳或鉻中之_種或幾種之混合。所 ' 可爲單壁奈米碳管或多壁奈米碳管，優選地，所述奈米碳管】5爲單 壁不米綠，由於轉絲碳管之直_、，鼠使辟㈣ 顯微鏡探針K)獲得更高之空間解析度，達卿奈米以下。 … 岛所述奈米碳管15之形成方法可舰接生長法與組裝法，直接生長法包括化 子乳相沈触鱗減電鱗直接在鱗趣4上生糾奈米赖5。组裝法包 2於電場侧下把絲碳f 15吸_鍵偶_，錢使聰合鋪來將奈米碟 官15連接到熱電偶區丨4。 • 本貝_中採用化學氣相沈積法直接於熱電偶區生長奈求碳管，其步驟包 括： ' 步驟一：提供—掃描熱顯微鏡探針，其包括：-第-導電層；-絕緣層，覆 於二述第-導電層表面；_第二導電層，覆於所述絕表面，所述第一導電層 與第-導電層局部相連形成一熱電偶區。所述第一導電層使用之材料可選自嫣、 銅石夕或鎮巾之-種或幾種之混合。所述第二導電層使用讀料可選自金、錄或 鉻中之一種或幾種之混合。 … 、、步驟二：於所述_偶區形絲米碳管。本實施例中，首先沈讎化劑於所 φ 述…、毛偶區。催化劑層之厚度爲5〜30奈米，催化劑層沈積之方法可選用真空熱蒸 娜無法’也可選用電子束蒸發法。催化劑之材料可選用鐵、#、錄或其合金， 本貫施例巾雜餘化繼料，其沈狀厚度制奈米。織，通人碳源氣， 於…、私偶區生長奈米石反官。具體地，將帶有催化劑層之熱電偶區置於空氣中，於 300 C下退火，以使催化劑層氧化、收縮成爲奈米級之催化劑顆粒。待退火完畢， 再將分佈有催化·粒之_麵置於反應賴未細，通人碳職乙块，利 用化學亂相沈積法，於上述催化劑顆粒上生長奈米碳管，碳源氣也可選用其他含 碳之氣體，如乙稀等。採用上述方法形成之奈米碳管可爲單壁奈米碳管或多壁奈 米石反官’所述奈米碳管之生長高度可通過反應時間來控制，反應時間越長，奈米 碳官長度越長，反應時間越短，則奈米碳管越短。 8 1260400 ^十於先月)技術所述掃福熱顯微鏡探針，將奈米碳 針尖端，瓣瓣之彳⑹、___ =_微鏡探 微鏡之空嶋度達鮮㈣，且由於梢 =提綱熱顯 用车半石卢总做，丨、☆山m 木捉^、之知描熱顯微鏡探針利 y'AB 士熱電偶區域無需精確控制，從而可减小蝕刻難戶，從 而降低成本。且由於奈米碳管具有良好域械性能，使得本技術方宰==: 描熱顯微鏡探針耐磨不易損壞。 >、/、之~ 练上所迷，本發明確已符合發明專利之要件，爱依法提出專利申請。惟，以 上所述者僅林發㈣之紐實財^，本侧之細並砂上述實 舉凡熟習本錄藝之人士援依本發明讀神所作之等效修飾或變化，皆應、、=、’ 以下申請專利範圍内。 〜/M盍於 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明之實施例所提供之掃描熱顯微鏡探針示意圖。 【主要元件符號說明】 掃描熱顯彳敬鏡探針 10 第一導電層 11 絕緣層 12 第二導電層 13 熱電偶區 14 奈米碳管 15

Claims (1)

1260400 十、申請專利範圍 1. -種掃描熱顯微鏡探針，复向 表面;-絕緣層，覆於所述第：二::身1 一第-導電層，形成於所述懸臂 於所卿_主：一、、層表其具有一通孔；一第二導電層，覆 之第二導電層===物物御與熱娜處 垂直於熱項所4之掃描熱顯微鏡探針’其中，所述奈米碳管基本 ，•續 ’ Μ，麟二簡 m自金、鎳或鉻中之_種或幾種之混合。 5.如申請專利範圍第涓所述之掃描熱顯微，^ 壁奈米碳管或多壁奈米碳管。 、中所述不柄^爲早 1如!請專利細第1項所述之掃描熱顯微鏡探針，其中，所述奈米碳管係藉 化學氣相沈積法或電敝電法形成於所述熱電偶區。 ，、日 請專利範圍第1項所述之掃描熱顯微鏡探針，其中，所述奈米碳管係藉 由在_作用下把奈米碳雙吸附到熱電偶區形成於所述熱電偶區。 1點2翻範圍第1項所述之掃描熱顯微鏡探針，其中，所述奈米碳管係藉 ’、σ物貝來將奈米碳管連接形成於所述熱電偶區。 9·如申請專利範圍第】項所述之熱顯微鏡 探針之解析度達10奈米以下。 、中所物描熱顯微鏡 10