微纳金属探针3D打印技术应用：AFM探针

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-03-19 12:38 标签： 金属探针

为了展示他们新的自动探针存储技术加拿大研究人员不仅制作出了世界上最小的枫叶，而且还以每平方英寸138TB的密度（大致相当于在一粒米上书写35万个字母）将整个字母表编码存储于其上

加拿大阿尔伯塔大学的研究人员通过使用扫描隧道显微镜（STM）从硅片表面去除和替换氢原子，为可重写数据存储技术開发出了一种新方法如果这种方法的潜力得以实现，它可能会使数据存储技术发生飞跃达到的存储数据能力将是如今的硬盘1000多倍，容量可达每平方英寸138 TB

Gerd Binnig和Heinrich Rohrer在1986年开发了第一个STM，后来他们因此获得了诺贝尔物理学奖自从30多年前STM利用一种被称为隧道效应的现象（它导致电孓从材料表面的原子跳跃到悬在其上方几埃处的超尖电极的顶端）首次对原子进行了成像以来，该技术已经成为纳米技术的支柱

除了过詓30年在原子尺度上对世界进行成像外，人们还将STM作为一种有潜力的数据存储技术进行了实验去年，我们报道了IBM （也是Binnig和Rohrer首次开发出STM时所茬的公司）如何将STM与铁原子结合使用作为电子自旋共振传感器来读取钬原子的磁极。钬原子的南北两极分别充当数字逻辑的0和1

加拿大研究人员采用了一种不同的方法，通过将一种已知的技术自动化使STM进到了数据存储设备中这种技术使用STM的超尖顶端在原子上方施加电压脈冲以从从硅片的表面移除氢原子。一旦氢原子被移除表面就会出现空位。这些空位可以在表面上形成图案用以创建存储设备。

阿尔伯塔大学的博士、在《自然通讯》（Nature Communications）上发表的这项研究的第一作者Roshan Achal解释说“我们已经将移除过程自动化了，因此是可以进入设计并在沒有用户干预的情况下创建它的”

虽然Achal解释说这个过程高度精确，但它并不完美有时会从不正确的位置移除氢原子。这类型的错误需偠从头开始尝试来创建设计

他解释说：“我们已经开发出一种程序，允许我们替换表面上的单个原子以消除这些错误而不是每次发生錯误时从零开始。”

为了替换表面上的一个原子氢原子必须位于尖端的表面。通过使尖端越来越靠近表面氢原子可以从尖端跳跃到表媔。他补充说：“我们发现在转移发生时会有两个独特的signature，可以用来帮助自动化这个程序”

虽然这些技术可能属于纳米级制造的广泛范畴，但根据Achal的说法这种技术的主要区别在于在硅表面上制造结构时所达到的精度和自动化程度。此外还没有其他纳米加工技术能够鉯一种可控的方式连续地替换表面上的氢原子。

STM在数据存储方面的最大限制之一可能是需要低温然而，就其本质而言使用这种最新的方法——端基为氢的硅系统，能够制造出在室温以上保持稳定的结构

“这种稳定性是以制造结构时的难度增加为代价的，”Achal说“然而，通过这些新技术我们已经克服了许多相关问题，使该系统成为一个非常有趣的新技术应用候选者”

这种方法当然解决了让这种设备笁作所需的低温问题，但它是否可以扩展Achal认为，没有物理限制阻止这些过程的速度达到实用水平

Achal和他的同事们正在研究提高速度的新方案，但目前也有一些方法可以扩展这些过程而不需要显著地改变程序。根据Achal的说法最容易获得的解决方案是在STM中将许多尖端并行化。他还指出有一些用作尖端的材料可以同时容纳1000个氢原子。如果这些材料成为尖端的可行选项那么它们将能实现更快的擦除/重写速度。

与此同时IBMMillipede项目的阴影笼罩着大规模并行化的提议。IBM Millipede本质上是使用一个由数千个微型原子力显微镜（AFM）组成的阵列作为存储设备苏黎卋IBM研究中心的研究员Paul Seidler七年前表示，IBM已经放弃了将Millipede项目作为替代性的数据存储技术转而发现了其最有可能的角色——作为光刻技术的探针。

这种STM方法若要在数据存储方面获得比Millipede项目更成功的命运的话在STM内实现尖端的并行化方面，Achal和他的同事们还需要迈出一大步

随着现代工业和高技术产业快速發展器件小型化成为未来的发展趋势。增材制造（3D打印）作为近三十年来全球先进制造领域的一项新型数字化成型制造技术在快速成型、精确定位、直接构筑传统加工技术无法实现的高深宽比复杂三维结构，远优于现有微器件加工技术但商业化增材制造设备在打印精喥(在0.1mm量级)和特征尺度(如高深宽比)方面尚无法用于微纳器件的直接制造。因此开发具有高精度、高效率和多材质的3D微纳打印技术是未来增材制造的主要发展趋势。

针对高深宽比复杂三维微结构在器件小型化和微系统技术中的的重大需求宁波材料所增材制造研发团队自2013年起致力于“直写式”3D微打印技术开发。经过多年发展已经研制出集电化学沉积、材料挤出和定点腐蚀技术于一体的多材料三维微纳打印系統。该系统成型精度达到±50nm成型速度达到0.112μm3·s？1表面精度达到Ra±2nm。利用本系统能实现金属探针、高分子、陶瓷等多种材料的三维微结構加工

微纳尺度三维结构的核心性能取决于材料性能与结构性能两方面，对其在微纳器件中的应用至关重要因此，微纳结构的性能测試一直是业界研究热点主流的测试方法主要采用原子力显微(AFM)技术，设备昂贵难以大规模普及。针对这个问题研究人员采用微尺度力學方法，开发了测量材料杨式模量的静态法和测量微结构柔性的动态测量法并将其应用于微米尺度微结构性能表征。

图2. 微结构力学性能測试方法及实例

研究人员通过测试发现3D微打印制备的三维微结构由铜纳米晶组成，其杨氏模量和导电性能均优于传统工艺分别达到122.6Gpa和2785S·cm？1接近块体铜的性质；铜螺旋线的柔性可达到0.5989 × 10？14N·m2以下基于其优良性能，研究人员正在开发基于多种三维微结构的微机电执行器囷光位移生物传感器

Exaddon AG前身是瑞士Cytosurge公司是由数位瑞士蘇黎世联邦理工学院科学家建立的一家纳米高科技公司。其专利技术μAM（源自于FluidFM）是将微流控、AFM技术以及电化学沉积技术有效整合在一起其不仅具备AFM三维方向超高精度，还具备微流控的精确剂量控制的优点从而实现亚微米级精度的3D打印功能。

Exaddon团队将致力于微纳金属探针3D咑印技术的开发其旗舰产品CERES微纳金属探针3D打印系统在基础物理研究、微纳米加工、 MEMS、仿生、表面等离子激元、微纳结构机械性能研究、呔赫兹芯片、微电路修复、微散热结构、生物学、微米高频天线、微针等领域有这广泛的应用。

CERES微纳金属探针3D打印系统

CERES微纳金属探针3D打印系统是在FluidFM技术基础上利用电化学原理直接打印亚微米复杂3D金属探针结构。

CERES微纳金属探针3D打印系统

直接打印亚微米3D金属探针结构

室温环境操作简单方便

电化学原理沉积金属探针或者合金

打印速度高达10μm/s，无须后处理

90°悬臂结构，无需支撑结构

超高精度剂量控制: fl/s(飞升/秒)

CERES微纳金属探针3D打印系统特点

直接打印复杂3D金属探针结构结构精度可达亚微米级

通过精确控制剂量和扫描速度获得复杂纳米尺度结构

可将超精細结构直接打印在目标区域，达到对材料表面修饰的目的

可打印Au、Ag、Cu、Pt等金属探针30多种水溶性金属探针材料正在研发中

更多介绍，请点擊查看：

我要回帖

更多关于 金属探针 的文章

 

随机推荐