Small Methods:利用外延生长半导体层实现扫描探针功能化

扫描探针显微术是实现纳米尺度成像的常用方法,而通过对探针的功能化,还可以将其他成熟的分析技术也引入纳米尺度,如荧光光谱成像、电化学势图谱、热导率图谱等。目前对探针进行功能化的方法可以粗略地分为以下几类:1)为探针添加镀层,镀层材料包括金属、介电材料、纳米晶或量子点材料;2)用探针吸附功能化的纳米物,如金属纳米管、碳纳米管或荧光颗粒物;3)在探针上做纳加工结构,包括纳流通道加工、光学纳米天线、电触头。而直接利用功能化块体材料制作功能化探针因为可以预先精确控制功能材料的特性而具备显著的优点。但是由于功能化材料不同于惰性的硅材料和玻璃,利用这种方法制功能化探针还极少被报道出来。

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近日,来自罗马大学物理系的一个研究组采用了一种新的方法:首先在硅衬底上外延生长重掺杂锗层,随后再将锗层转移到硅悬臂扫描探针上,从而实现探针的功能化。实验表明,功能化之后的硅悬臂探针表现出了重掺杂锗在红外光区所具备的独特的光学特性,包括在电信波长1.5μm产生的光致发光以及在中红外区由于电子有效质量较小而导致的超高等离子体频率,而这些特性是功能化之前的硅探针所不具备的。为了进一步验证该发现,该研究组利用功能化的探针对纳光子电路和纳米材料进行了表征。

值得关注的是,采用本文所介绍的在硅衬底上生长外延层并转移到探针上的方法,只需要在现有原子力显微镜硅悬臂探针的加工工艺中做部分改进就能实现功能化探针的规模化制造。相关文章发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201600033)上。

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