CN111089988B - 一种高均匀性磁性探针及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高均匀性磁性探针及其制备方法，检测硅基探针针尖先端的曲率半径，筛选出曲率半径在规格要求以内的探针；将筛选合格的硅基探针悬臂水平放置，使针尖基体外侧面沿竖直向上，溅射沉积钝化层；将硅基探针悬臂竖直放置，使针尖基体外侧面沿水平方向，溅射沉积磁性感应层；将硅基探针悬臂与竖直方向成30º夹角进行放置，使针尖基体内侧面沿水平方向，溅射沉积磁性屏蔽层；通过采用本技术方案制得的磁性探针的成本低、工艺简单、可重复性好，具备高均匀性的磁感应信号强度，能充分保证定量分析结果的准确性，适用于工业生产用大批量连续的磁力显微镜检测。

Description

一种高均匀性磁性探针及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及的是一种高均匀性磁性探针及其制备方法。
背景技术
目前，磁力显微镜（MFM）的应用已从磁畴形貌的定性研究扩展到磁场宽度的定量分析，而作为MFM耗材的磁性探针直接决定着定量分析结果的准确性。现有磁性探针所表现出来的磁信号探测强度均匀性较差，不仅批次之间不同，而且同一批次不同探针之间也不同，由此得到的探测结果根本无法进行准确的定量分析。究其原因有二，一是因为无磁性涂层探针针尖先端的曲率半径差异较大，导致针尖先端位置的薄膜沉积厚度不同而影响信号强度；二是因为有磁性涂层探针在薄膜沉积过程中，一部分薄膜沉积到探针悬臂上产生杂散磁场而影响信号强度。因此，需要开发出解决上述问题的新型具有高均匀性信号强度的磁性探针。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高均匀性磁性探针及其制备方法，以解决现有磁性探针因无磁性涂层探针针尖先端的曲率半径差异较大和部分薄膜沉积到探针悬臂上产生杂散磁场而导致磁信号探测强度均匀性较差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种高均匀性磁性探针的制备方法，其中，具体包括以下步骤：
S1：检测硅基探针针尖先端的曲率半径，筛选出曲率半径在规格要求以内的探针；
S2：将筛选合格的硅基探针悬臂水平放置，使针尖基体外侧面沿竖直向上，在探针本体的针尖及硅基探针悬臂表面溅射沉积钝化层；
S3：将硅基探针悬臂竖直放置，使针尖基体外侧面沿水平方向，在S2的基础上在探针本体的针尖及针尖基体外侧面溅射沉积磁性感应层；
S4：将硅基探针悬臂与竖直方向成30º夹角进行放置，使针尖基体内侧面沿水平方向，在S3的基础上在探针本体的针尖基体内侧面和硅基探针悬臂上溅射沉积磁性屏蔽层。
所述的高均匀性磁性探针的制备方法，其中，所述S1中，通过利用SEM检测硅基探针针尖先端的曲率半径。
所述的高均匀性磁性探针的制备方法，其中，所述S1中，筛选出曲率半径在规格要求为15nm以内的探针。
所述的高均匀性磁性探针的制备方法，其中，所述S2中，钝化层为Si薄膜层。
所述的高均匀性磁性探针的制备方法，其中，所述的Si薄膜层的沉积厚度为20-40nm。
所述的高均匀性磁性探针的制备方法，其中，所述S3中，磁性感应层为Ni薄膜层。
所述的高均匀性磁性探针的制备方法，其中，所述的Ni薄膜层的沉积厚度为30-50nm。
所述的高均匀性磁性探针的制备方法，其中，所述S4中，磁性屏蔽层为Cu薄膜层。
所述的高均匀性磁性探针的制备方法，其中，所述的Cu薄膜层的沉积厚度为3-5nm。
一种高均匀性磁性探针，其中，采用如上述任一所述的制备方法制成，包括探针本体；均匀沉积在探针本体的针尖及硅基探针悬臂表面的钝化层；沉积在探针本体的针尖及针尖基体外侧面的磁性感应层；沉积在探针本体的针尖基体内侧面和悬臂上的磁性屏蔽层。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种高均匀性磁性探针及其制备方法，检测硅基探针针尖先端的曲率半径，筛选出曲率半径在规格要求以内的探针；将筛选合格的硅基探针悬臂水平放置，使针尖基体外侧面沿竖直向上，溅射沉积钝化层；将硅基探针悬臂竖直放置，使针尖基体外侧面沿水平方向，溅射沉积磁性感应层；将硅基探针悬臂与竖直方向成30º夹角进行放置，使针尖基体内侧面沿水平方向，溅射沉积磁性屏蔽层；通过采用本技术方案制得的磁性探针的成本低、工艺简单、可重复性好，具备高均匀性的磁感应信号强度，能充分保证定量分析结果的准确性，适用于工业生产用大批量连续的磁力显微镜检测。
附图说明
图1是本发明中高均匀性磁性探针的制备方法的步骤流程图。
图2是本发明中硅基无涂层探针的结构图。
图3是本发明中不同曲率半径的探针针尖结构图。
图4a和图4b分别是本发明中Si薄膜的沉积方向图及其沉积后的针尖结构图。
图5a和图5b分别是本发明中Ni薄膜的沉积方向图及其沉积后的针尖结构图。
图6a和图分别6b是本发明中Cu薄膜的沉积方向图及其沉积后的针尖结构图。
图7a和图7b是本发明中商业磁性探针和本高均匀性磁性探针的信号强度均匀性对比图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
如图1所示，一种高均匀性磁性探针的制备方法，具体包括以下步骤：
S1：如图2所示，利用SEM（扫描电镜）检测硅基探针针尖先端4的曲率半径（如图3所示，表示不同曲率半径的探针针尖结构），筛选出曲率半径在规格要求以内的探针；
S2：如图4a所示，将筛选合格的硅基探针悬臂1水平放置，使针尖基体外侧面3沿竖直向上，在探针本体的针尖及硅基探针悬臂1表面溅射沉积钝化层5（如图4b所示）；
S3：如图5a所示，将硅基探针悬臂1竖直放置，使针尖基体外侧面3沿水平方向，在S2的基础上在探针本体的针尖及针尖基体外侧面3溅射沉积磁性感应层6（如图5b所示）；
S4：如图6a所示，将硅基探针悬臂1与竖直方向成30º夹角进行放置，使针尖基体内侧面2沿水平方向，在S3的基础上在探针本体的针尖基体内侧面2和硅基探针悬臂1上溅射沉积磁性屏蔽层7（如图6b所示）。
在某些具体实施例中，所述S1中，筛选出曲率半径在规格要求为15nm以内的探针。
在某些具体实施例中，所述S2中，钝化层5为Si薄膜层。
在某些具体实施例中，所述S3中，磁性感应层6为Ni薄膜层。
在某些具体实施例中，所述S4中，磁性屏蔽层7为Cu薄膜层。
其中，Si薄膜层、Ni薄膜层和Cu薄膜层的沉积厚度根据硅基探针的针尖先端4曲率半径做出相应调整。
在某些具体实施例中，所述的Si薄膜层的沉积厚度为20-40nm。
在某些具体实施例中，所述的Ni薄膜层的沉积厚度为30-50nm。
在某些具体实施例中，所述的Cu薄膜层的沉积厚度为3-5nm。
一种高均匀性磁性探针，采用如上述所述的制备方法制成，包括探针本体；均匀沉积在探针本体的针尖及硅基探针悬臂1表面的钝化层5；沉积在探针本体的针尖及针尖基体外侧面3的磁性感应层6；沉积在探针本体的针尖基体内侧面2和硅基探针悬臂1上的磁性屏蔽层7。
根据上述所述的高均匀性磁性探针的制备方法，现列举以下实施例加以说明：
实施例1
S1：利用SEM检测硅基无涂层探针针尖先端4的曲率半径，筛选出曲率半径R为5-8nm的探针；
S2：将筛选出的硅基探针悬臂1水平放置，使针尖基体外侧面3沿竖直向上，溅射沉积Si薄膜5，厚度为20nm；
S3：将硅基探针悬臂1竖直放置，使针尖基体外侧面3沿水平方向，在S2基础上溅射沉积Ni薄膜6，厚度为50nm；
S4：将硅基探针悬臂1与竖直方向成30º夹角进行放置，使针尖基体内侧面2沿水平方向，在S3基础上溅射沉积Cu薄膜，厚度为5nm，最后得到信号强度高均匀性的磁性探针。
实施例2
S1：利用SEM检测硅基无涂层探针针尖先端4的曲率半径，筛选出曲率半径R为9-12nm的探针；
S2：将筛选出的硅基探针悬臂1水平放置，使针尖基体外侧面3沿竖直向上，溅射沉积Si薄膜5，厚度为30nm；
S3：将硅基探针悬臂1竖直放置，使针尖基体外侧面3沿水平方向，在S2基础上溅射沉积Ni薄膜6，厚度为40nm；
S4：将硅基探针悬臂1与竖直方向成30º夹角进行放置，使针尖基体内侧面2沿水平方向，在S3基础上溅射沉积Cu薄膜，厚度为4nm，最后得到信号强度高均匀性且与实施例1接近的磁性探针。
实施例3
S1：利用SEM检测硅基无涂层探针针尖先端4的曲率半径，筛选出曲率半径R为13-15nm的探针；
S2：将筛选出的硅基探针悬臂1水平放置，使针尖基体外侧面3沿竖直向上，溅射沉积Si薄膜5，厚度为40nm；
S3：将硅基探针悬臂1竖直放置，使针尖基体外侧面3沿水平方向，在S2基础上溅射沉积Ni薄膜6，厚度为30nm；
S4：将硅基探针悬臂1与竖直方向成30º夹角进行放置，使针尖基体内侧面2沿水平方向，在S3基础上溅射沉积Cu薄膜，厚度为3nm，最后得到信号强度高均匀性且与实施例1和2接近的磁性探针。
如图7a和图7b所示，是普通市场上的磁性探针和通过本技术方案制得的磁性探针的信号强度均匀性对比，可以看出通过本技术方案制得的磁性探针具有信号强度高均匀性。
本技术方案将Si薄膜层作为钝化层5均匀沉积在针尖及硅基探针悬臂1表面，Ni薄膜作为磁性感应层6沉积在针尖及针尖基体外侧面3，Cu薄膜作为磁性屏蔽层6沉积在针尖基体内侧面2和硅基探针悬臂1上，以此制备出具有高均匀性信号强度的磁性探针；通过采用本技术方案制得的磁性探针的成本低、工艺简单、可重复性好，具备高均匀性的磁感应信号强度，能充分保证定量分析结果的准确性，适用于工业生产用大批量连续的磁力显微镜检测。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
附图标号
1-硅基探针悬臂，2-针尖基体内侧面，3-针尖基体外侧面，4-探针针尖先端，5-Si薄膜层，6-Ni薄膜层，7-Cu薄膜层，501-Si薄膜沉积方向，601-Ni薄膜沉积方向，701-Cu薄膜沉积方向。

Claims (2)

1.一种高均匀性磁性探针的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：利用SEM检测检测硅基探针针尖先端（4）的曲率半径，筛选出曲率半径在规格要求为15nm以内的探针；
S2：将筛选合格的硅基探针悬臂（1）水平放置，使针尖基体外侧面（3）沿竖直向上，在探针本体的针尖及硅基探针悬臂（1）表面溅射沉积钝化层（5）；所述钝化层（5）为Si薄膜层，所述的Si薄膜层的沉积厚度为20-40nm；
S3：将硅基探针悬臂（1）竖直放置，使针尖基体外侧面（3）沿水平方向，在S2的基础上在探针本体的针尖及针尖基体外侧面（3）溅射沉积磁性感应层（6）；所述磁性感应层（6）为Ni薄膜层，所述的Ni薄膜层的沉积厚度为30-50nm；
S4：将硅基探针悬臂（1）与竖直方向成30º夹角进行放置，使针尖基体内侧面（2）沿水平方向，在S3的基础上在探针本体的针尖基体内侧面（2）和硅基探针悬臂（1）上溅射沉积磁性屏蔽层（7）；所述磁性屏蔽层（7）为Cu薄膜层，所述的Cu薄膜层的沉积厚度为3-5nm。
2.一种高均匀性磁性探针，其特征在于，采用如权利要求1所述的制备方法制成，包括探针本体；均匀沉积在探针本体的针尖及硅基探针悬臂（1）表面的钝化层（5）；沉积在探针本体的针尖及针尖基体外侧面（3）的磁性感应层（6）；沉积在探针本体的针尖基体内侧面（2）和悬臂上的磁性屏蔽层（7）。
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