扫描探针显微镜刻蚀技术
                          姚琲1*，李莉1，2，王意1，2
                            1天津大学分析测试中心
                            2天津大学材料学院
    19世纪80年代初期，扫描探针显微镜（SPM）因首次在实空间展现了硅表面的原子图像而震动了世界。从此，SPM在基础表面科学，表面粗糙度分析和从硅原子结构到活体细胞表面微米尺度的突出物的三维成像等学科中发挥着重要的作用。
    扫描探针显微镜是一种具有宽广观察范围和最高3D分辨率的成像工具，可以测量诸如表面电导率，静电电荷分布，区域摩擦力、磁场和弹性模量等物理特性，还可作为一种表面微纳加工的工具。
                        AFM 氧化反应刻蚀技术
    AFM阳极氧化刻蚀或电压刻蚀技术，不仅可改变表面几何状态，也可局域化的改变电、物理特性。例如，在导电悬臂上施加电压，可在探针下方引发金属层的电化学过程（氧化）。
    图1为硅衬底上由探针引发的超精细钛膜的氧化表面。在空气或其他潮湿气氛中，样品表面吸附了一层水膜。当探针非常接近表面时，由于毛细效应，这层水膜跳接至探针上。在电场作用下，在水桥中发生电化学反应。如果针尖接正电压，针尖（阳极）表面积累一些负电荷，而样品表面（阴极）则积累正电荷，电化学效应使样品表面生长出氧化“点”。
    利用PCX文件和同步施加不同的电压，可在确定位置加工出高度不同的氧化点，并组成图案。
                          STM刻蚀技术
    STM可以很高的空间分辨率对样品表面进行修饰，物质可以在精确控制下在针尖与样品表面间传输。
    其应用领域包括：1.信息存储；2.纳米绘图；3.大分子或单个原子的操纵；4.制备微型器件。还有一种直接的加工方法，就是将针尖直接插入表面，从而加工出孔坑，但不可避免针尖的损坏。
    具有针尖保护性的方法是电流脉冲法，即针尖下方的样品可以被溶化或蒸发。
    图2是三层导电LB膜经电流脉冲激发后的STM图像，弹坑状缺陷反应出单层膜的纵向深度结构。

                       AFM刻蚀——静态刻划
    类比于耕田过程，如果将锄头缩小至纳米量级，并结合扫描探针技术，即可得到以纳米分辨率加工表面的设备。AFM刻蚀技术采用在针尖上施加较大负荷，从基底或阻挡层移走一些物质。同时留下带有针尖形状特征的“沟槽”。
    这种方式是精度高，相比电子、离子束加工损伤较小，减少了后续加工工序，被成功用于确定超导纳米收缩区和表面量子阱的加工。
    刻蚀加工有矢量和光栅两种方式，矢量方式速度快，但采用恒定载荷。光栅方式可以调整载荷，但速度较慢。图3为以100Nn/m的悬臂在抛光的Al表面所加工的划痕。
                       AFM刻蚀——动态刻划技术
    静态刻划采用接触方式，悬臂的扭曲导致沟槽边沿形状不规则。动态刻划是在半接触模式下，用振动的针尖冲压表面。这就避免了悬臂的扭曲及由其造成的加工形状异常。
    用矢量加工方式可以得到任意长度、任意方位的线段，光栅方式可构造出类似油画的画面。
                       蘸水笔式纳米平板印刷技术
    以1-100nm的尺度修释表面化学组成与结构对研究纳米尺度体系中的电子导电性、催化和生物识别是非常重要的，它拓宽了分子电子学、生物制药和催化的研究领域。类似与早期蘸水笔，将特定的溶液滴在AFM悬臂上，溶液浸湿针尖，用AFM控制针尖，直接书写出小于100nm尺度、具有化学功能的表面图形。
    蘸水笔式纳米平板印刷技术可大幅度增加识别单元的面密度，快速完成微量样品的筛分。如：针对单一核苷在单一芯片上的多形性，只用一个芯片（2*2cm2）筛分一个完整的人类基因组，而常规方法需要一个轿车车位大小的工作平面。因而它提供一个高分辨高吞吐量的筛分工具。再有，它可望测定出蛋白附属物、病毒颗粒和芯片的相对取向，进而研究反应与结构配置的关系。