基于電化學液膜法腐蝕制備STM鎢探針的研究*

馬玉麟,丁 召,王 一,郭 祥▲

(1貴州大學 大數(shù)據(jù)與信息工程學院,貴州 貴陽 550025;2貴州省微納電子與軟件技術重點實驗室,貴州 貴陽 550025;3半導體功率器件可靠性教育部工程研究中心,貴州 貴陽 550025)

0 引言

純鎢金屬絲具有硬度高、熔點高、常溫下不受空氣侵蝕、化學性質比較穩(wěn)定等優(yōu)點,常用作制備掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope,STM)的金屬探針[1～3]。目前基于電化學腐蝕制備鎢探針的方法主要有兩種:溶液腐蝕[4～6]和液膜腐蝕[7～8]。溶液法的缺點是針尖不夠尖銳,針尖曲率不易控制,探針浸入溶液長度不精確,而液膜法很好地彌補了前者的不足。本文采用垂直液膜法制備鎢探針,通過控制變量法研究腐蝕電壓、薄膜下鎢絲長度等參數(shù)對探針質量的影響,旨在為液膜法制備高質量鎢探針提供實驗基礎。

1 實驗

1.1 實驗原理

圖1 垂直液膜法原理圖

(1)

陰極:2H2O + 2e-→H2↑ + 2OH-

(2)

(3)

圖2 OH-擴散示意圖 圖擴散示意圖

1.2 實驗器材與操作

實驗材料與儀器:2 mol/L的分析純級NaOH溶液、直徑為0.38 mm的金屬鎢絲、直徑為0.3 mm的不銹鋼絲、ITECH公司生產(chǎn)的型號為IT6932A自動量程直流電源、上海奮業(yè)公司生產(chǎn)的型號為ZL500LJT的透反射式正置金相顯微鏡。

液膜法制備鎢探針的裝置見圖4所示,將不銹鋼絲一端纏繞于鐵架臺并連接電源負極,另一端圍成直徑為6 mm的圓圈并水平放置;將金屬鎢絲一端纏繞于鐵架臺并連接電源正極,另一端垂直穿過不銹鋼圈圓心。玻璃杯放置于不銹鋼圈正下方,用于收集NaOH廢液。使用膠頭滴管在不銹鋼圈內(nèi)滴入NaOH溶液,由于液體表面張力的作用,液滴會在不銹鋼圈內(nèi)形成一層液膜。……