一种基于微悬臂转移的微球探针制备方法与流程

本发明属于微纳米制造技术领域，特别涉及一种基于微悬臂转移的微球探针制备方法。

背景技术：

随着微纳尺寸部件在mems、ic、光学器件等各领域的广泛应用，微纳加工方法技术在获得长足发展的同时也面临着巨大挑战。开展微纳尺度加工方法的研究，无论对于先进制造技术的发展，还是对于我国在新一轮科技竞争中保持有利地位，都具有十分重要的意义。近年来，由于具有灵活性大、精度较高等优点，探针技术逐渐被广泛应用于微纳加工领域。探针技术是通过探针与样品间的机械作用、摩擦化学作用、电化学作用等实现对样品表面的材料去除、氧化层生长、织构加工等工艺。

探针的制备方法作为探针技术应用的前提而备受关注，但是目前大尺寸(百微米级)微球探针的制备尚未受到广泛研究。大尺寸(百微米级)微球探针可以用来进行介观尺度的微纳加工，目前这一尺度加工所使用的探针材料较为单一，多为金刚石材料，并且制备困难、价格高昂；并且金刚石的高脆性，在加工过程中，针尖极易分叉，严重制约了介观尺度的微纳加工。因此，亟需一种提出一种新的针对介观尺度微纳加工的微球探针的制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题，提出了一种基于微悬臂转移的微球探针制备方法，本发明工艺简单，成本低廉，可以用于微纳加工的微球探针的制备；本发明可以实现任意颗粒材料的灵活粘接，与任意受体平台任意匹配；悬臂在转移微球的同时能够充当传递层，增加微球与受体平台的接触面积，进而降低接触压力以减小受体平台的变形；通过微悬臂可以实现探针制备过程中微球在受体尖端的准确定位，且可以避免尺寸较小的微球在粘接时完全浸入胶水，污染微球探针表面。

一种基于微悬臂转移的微球探针制备方法，包括以下步骤：

s1、将微球和粘合剂分别放置于硅片的第一预设区域和第二预设区域，所述硅片放置于样品台上；

s2、在夹持装置上安装悬臂探针，移动所述样品台，使所述粘合剂位于所述悬臂探针正下方，向上移动所述样品台，在所述悬臂探针与粘合剂接触第一预设时间后，向下移动所述样品台使所述悬臂探针与粘合剂分离；

s3、移动所述样品台，使所述微球位于所述悬臂探针正下方，向上移动所述样品台，在所述悬臂探针与微球接触第二预设时间后，向下移动所述样品台使所述悬臂探针与样品台分离，所述微球和悬臂探针粘合连接；

s4、将所述悬臂探针上下翻转，使所述悬臂探针粘合连接有微球的一方向上，并将翻转后的所述悬臂探针安装在所述夹持装置上；

s5、在受体平台的上方涂抹粘合剂，并将所述受体平台固定在所述样品台上，移动所述样品台使所述受体平台位于所述悬臂探针正下方，向上移动所述样品台，在所述悬臂探针与受体平台接触第三预设时间后，所述夹持装置与悬臂探针断开连接，向下移动所述样品台，使所述悬臂探针与受体平台粘合连接。

进一步地，所述微球的曲率半径为50-500μm。

进一步地，所述步骤s1中，放置所述微球和粘合剂前，所述硅片的清洗步骤包括：

将所述硅片在酒精溶液中超声清洗3-5min后，在去离子水中超声清洗1-3min。

进一步地，所述第一预设时间为5-10s。

进一步地，所述第二预设时间为5-10min。

进一步地，所述第三预设时间为5-10min。

进一步地，所述夹持装置为原子力显微镜的夹持装置。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于微悬臂转移的微球探针制备方法，本发明可以实现任意颗粒材料的灵活粘接，并且与任意受体平台任意匹配；悬臂在转移微球的同时能够充当传递层，增加微球与受体平台的接触面积，降低接触压力以减小受体平台的变形，进而增大加载范围并减小加载误差；通过微悬臂可以实现微球的准确定位，并且可以避免尺寸较小的微球在粘接过程中浸入胶水，污染微球探针表面。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

图2为本发明实施例的制备流程图。

图3为本发明实施例的100μm曲率半径探针的光镜图像。

图4为本发明实施例的受体平台图像。

图5为本发明实施例的100μm曲率半径探针的俯视光镜图像。

图6为本发明实施例的100μm曲率半径探针的侧视光镜图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步的说明。

请参阅图1，一种基于微悬臂转移的微球探针制备方法，通过以下步骤实现：

s1、将微球和粘合剂分别放置于硅片的第一预设区域和第二预设区域，硅片放置于样品台上。

本实施例中，根据需求选择合适材料和尺寸的微球，放置于硅片上预设的微球放置区域，将粘合剂放置于硅片上另一预设区域。

本实施例中，微球材料无特殊限制，尺寸可以在纳米至毫米量级大梯度范围内变化，尤其是曲率半径在50-500μm区间内效果最佳。优选地，选择曲率半径为100μm的二氧化硅微球。

本实施例中，粘合剂可以为胶水、ab胶等有粘合功能的任意物质，没有限制。优选地，本实施例选用胶水作为粘合剂。

本实施例中，硅片在放置微球和胶水前，将硅片在酒精溶液中超声清洗3-5min后，在去离子水中超声清洗1-3min。

s2、在夹持装置上安装悬臂探针，移动样品台，使粘合剂位于悬臂探针正下方，向上移动样品台，在悬臂探针与粘合剂接触第一预设时间后，向下移动样品台使悬臂探针与粘合剂分离。

本实施例中，夹持装置为原子力显微镜的夹持装置。在原子力显微镜上安装弹性系数为0.1n/m的矩形悬臂氮化硅探针，移动样品台，使胶水处于探针正下方，设置进针载荷为20nn，进针速度为10μm/s，向上移动样品台，待探针悬臂与胶水接触10s后退针，使氮化硅探针远离样品台。过程如图2中a所示。

s3、移动样品台，使微球位于悬臂探针正下方，向上移动样品台，在悬臂探针与微球接触第二预设时间后，向下移动样品台使悬臂探针与样品台分离，微球和悬臂探针粘合连接。

本实施例中，移动样品台使微球处于探针正下方，设置进针载荷为20nn，进针速度为10μm/s，向上移动样品台，待探针悬臂与微球接触5min，即胶水固化后退针，使氮化硅探针远离样品台，此时微球与探针粘连，制备过程如图2中b所示，得到带有微球的探针的光镜图像如图3所示。

s4、将悬臂探针上下翻转，使悬臂探针粘合连接有微球的一方向上，并将翻转后的悬臂探针安装在夹持装置上。

本实施例中，将带有微球的探针上下翻转，使探针粘连有微球的一端向上，翻转后重新将探针安装在原子力显微镜的夹持装置上，制备过程如图2中c所示。

s5、在受体平台的上方涂抹粘合剂，并将受体平台固定在样品台上，移动样品台使受体平台位于悬臂探针正下方，向上移动样品台，在悬臂探针与受体平台接触第三预设时间后，夹持装置与悬臂探针断开连接，向下移动样品台，使悬臂探针与受体平台粘合连接。

本实施例中，在受体平台顶端涂抹胶水，并将其固定在样品台上，移动样品台，使受体平台中心处于氮化硅探针正下方，设置进针载荷为20nn，进针速度为10μm/s，向上移动样品台，进针至受体平台顶端，待原子力显微镜(atomicforcemicroscopy，afm)探针悬臂与受体平台接触5-10min，即胶水固化后退针，将百微米级微球和氮化硅探针悬臂共同留在受体平台上，制备过程如图2中d所示，得到的带有微球和探针的受体平台如图4所示。

本实施例中，得到的100μm曲率半径探针的俯视光镜图像和侧视光镜图像如图5和图6所示。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。