專利名稱：一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的玻璃表面納米加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃的微納米加工方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的進步，微納米器件被廣泛應(yīng)用于生物技術(shù)、航空航天、汽車、軍事、計算機與通信等領(lǐng)域。玻璃具有高透光性、絕緣性、生物適應(yīng)性、低成本等優(yōu)良特性，是制造微納米器件的重要材料，常被用來加工光學(xué)元件、微納米器件絕緣襯底、生物芯片、微流控芯片寸。根據(jù)不同的原理，目前應(yīng)用于玻璃表面的微納米加工方法主要有(1)掩膜曝光技術(shù)一般在玻璃表面鍍Cr/Au作為掩膜，再涂光刻膠，烘干后利用光刻技術(shù)將圖形傳導(dǎo)至玻璃表面。此方法過程復(fù)雜，效率較低，每個步驟都影響最終的精度。而且光刻膠在長時間腐蝕過程中容易被HF溶液破壞，進而影響加工質(zhì)量。( 飛秒激光微加工技術(shù)利用高數(shù)值孔徑的聚焦物鏡，將飛秒激光脈沖的能量準(zhǔn)確地沉積在玻璃內(nèi)部，使玻璃局部發(fā)生改性， 可在玻璃內(nèi)部加工光柵、微通道等結(jié)構(gòu)。然而由于飛秒激光峰值功率極高，受自聚焦、色散等因素的影響，能量在空間上分布不均勻，使焦點處產(chǎn)生的改性區(qū)域不對稱。并且隨著加工速度增大，改性區(qū)域的均勻性也會越來越差。所以該方法加工效率和加工精度較低。(3)熱壓印技術(shù)通過加熱使玻璃軟化以提高流動性，通過施加一定的外力，將模版壓入基體，玻璃受擠壓流動填充空腔，冷卻后形成與模版對應(yīng)的反向微結(jié)構(gòu)。該方法受材料特性和壓印參數(shù)等多種因素的影響，操作復(fù)雜。同時該方法嚴重依賴于模版的分辨率、熱穩(wěn)定性、抗粘著性、重復(fù)使用性，而模版的加工是一項低效率、高消耗的過程。總之，目前常用的玻璃加工方法均面臨著低分辨率、低效率、操作復(fù)雜等挑戰(zhàn)。伴隨著微納米器件微小化的發(fā)展趨勢， 當(dāng)前的技術(shù)很難滿足未來微納米加工的要求。近年來，包括原子力顯微鏡在內(nèi)的掃描探針顯微鏡被逐漸應(yīng)用到納米加工領(lǐng)域。 常見的掃描探針顯微鏡加工方法依賴于陽極氧化或摩擦化學(xué)氧化，很難應(yīng)用于玻璃等絕緣體和氧化物表面的納米加工。盡管如此，由于原子力顯微鏡具有多功能、高精度等優(yōu)勢，非常適用于納米加工領(lǐng)域。因此，針對玻璃微納米器件的需求，有必要開發(fā)一種基于原子力顯微鏡的簡單、高效、精確的微納米加工方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的玻璃表面納米加工方法，該方法能在玻璃表面加工出臺階、斜面等納米級三維結(jié)構(gòu)，且其操作簡單、成本低、效率高、加工精度高。本發(fā)明為實現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的玻璃表面納米加工方法，其具體操作方法是A、將尖端為球狀的掃描探針安裝在原子力顯微鏡上，將清洗過的玻璃固定在樣品臺上，啟動原子力顯微鏡，給探針施加定載荷F，或者變載荷F'，并使探針按照設(shè)定的掃描軌跡、掃描循環(huán)次數(shù)N和掃描速率ν在玻璃表面進行掃描；所述的變載荷F'的最大值和定載荷F均不高于臨界載荷F。；B、將掃描后的玻璃置于質(zhì)量濃度為10-20%的HF溶液中，腐蝕5_15秒，即可。本發(fā)明的機理和過程是探針在掃描、施壓過程中，玻璃表層受到低于或等于臨界載荷F。的壓力。此種情形下，其垂直方向的正應(yīng)力和水平方向的切應(yīng)力誘導(dǎo)玻璃表層發(fā)生大量畸變。在后續(xù)的HF溶液腐蝕中，HF溶液優(yōu)先擴散到畸變區(qū)域內(nèi)部，玻璃所含的金屬陽離子(如Al3+，Ca2+等)和HF溶液產(chǎn)生化學(xué)作用，在刻劃區(qū)域生成難溶于HF溶液的產(chǎn)物 (如AlF3, CaF2等)，從而阻止了 HF溶液對刻劃區(qū)域的進一步腐蝕。而未掃描區(qū)域在腐蝕過程中不存在優(yōu)先擴散，不能生成難溶物充當(dāng)掩膜，而是均勻地和HF溶液迅速發(fā)生反應(yīng)被刻蝕掉，從而在掃描過的區(qū)域形成對應(yīng)的凸結(jié)構(gòu)。而施加的載荷F大于臨界載荷F。時，掃描刻劃區(qū)域腐蝕后產(chǎn)生的凸結(jié)構(gòu)不會明顯增加。本發(fā)明在實施中，需要首先確定加工的臨界載荷F。，高于F。的載荷對加工不再產(chǎn)生有益的影響。臨界載荷F?？山?jīng)過試驗確定即隨著載荷F的增加，加工出的凸結(jié)構(gòu)高度相應(yīng)增加；當(dāng)載荷F增加，而凸結(jié)構(gòu)高度的增幅明顯減少或不再增加時，對應(yīng)的載荷F值即為臨界載荷F。。通常當(dāng)載荷增加40%以上，而凸結(jié)構(gòu)高度增加在2%以內(nèi)時，可判定該載荷值即為臨界載荷F。。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是一、不需要對玻璃表面進行任何鍍膜、噴膠等復(fù)雜特殊處理，不需要使用任何模版，而由原子力顯微鏡進行給定載荷的掃描，使玻璃表面產(chǎn)生畸變，再由HF溶液進行刻蝕， 即可加工出相應(yīng)的凸結(jié)構(gòu)。所有的掃描與加載，可以在原子力顯微鏡的一次加工流程中完成，而后續(xù)的刻蝕只需要5秒 15秒；大幅度減少了工藝流程和操作難度，有效地提高了加工效率。二、進行各次掃描時，探針始終固定地安裝在原子力顯微鏡探針支架上，探針沒有發(fā)生位移；而樣品臺依靠壓電陶瓷驅(qū)動，具有納米級精度，保證加工過程可精確定位和重
Μ. ο三、可采用變載荷掃描方式，這樣玻璃表面不同區(qū)域受到的掃描載荷不一致，掃描區(qū)域發(fā)生不同程度的畸變，載荷越大的地方，其發(fā)生的畸變越劇烈，在HF溶液刻蝕過程中對基體的保護越明顯；再經(jīng)過單次HF溶液刻蝕，即可很方便地加工出現(xiàn)有技術(shù)難以加工出的斜坡狀微納米凸結(jié)構(gòu)。四、加工過程可在常溫、常壓環(huán)境下實現(xiàn)，不需要真空、恒溫、恒濕等特殊環(huán)境，易于加工，加工成本低。并且腐蝕過程中的腐蝕劑HF溶液易于得到，而且不需要對腐蝕劑的濃度進行精確設(shè)定，粗略配制的質(zhì)量濃度為5% -20%的HF溶液即可有效地刻蝕玻璃。五、掃描加工時的加載方式、掃描循環(huán)次數(shù)、掃描面積、掃描速率、掃描中心、掃描軌跡的形狀等參數(shù)可以根據(jù)實際要求設(shè)定，以滿足各種加工需求，靈活性強。上述的探針的掃描軌跡為正方形面掃描。這樣，可以方便的加工出方形的納米級凸結(jié)構(gòu)。上述的掃描載荷為變載荷，掃描的循環(huán)次數(shù)為1次。這樣，可以方便的加工出斜坡狀的凸結(jié)構(gòu)。上述的探針的掃描載荷為定載荷，掃描的循環(huán)次數(shù)為2次以上，且后次掃描比前次掃描的面積更小，但掃描中心一致。這樣，可以方便的加工出臺階狀的凸結(jié)構(gòu)。上述的掃描載荷為定載荷，掃描的循環(huán)次數(shù)為2次以上，且后次掃描與前次掃描的面積相同，但掃描中心不一致。這樣，可以方便的加工出分散的多個凸結(jié)構(gòu)或陣列。上述的探針的掃描軌跡為面掃描，掃描載荷為定載荷，掃描的循環(huán)次數(shù)為1次。這種方式可以加工出與面掃描軌跡形狀相同的各種形狀的凸結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合附圖和具體的實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。


圖1為實施例一方法的五個具體加工試驗加工出的玻璃表面形貌圖。其中，A、B、 C、D、E分圖是掃苗定載荷分別為5 μ Ν、8 μ N、15 μ Ν、23 μ Ν、33 μ N的加工試驗得到的玻璃的氮化硅探針掃描形貌圖，而a、b、c、d、e分圖則分別為A、B、C、D、E分圖的輪廓圖。圖2為實施例二方法的五個具體加工試驗加工出的玻璃表面形貌圖加工得到的玻璃的表面形貌圖。其中，A、B、C、D、E分圖是掃描循環(huán)次數(shù)分別為1次、2次、3次、4次、5 次的具體加工試驗得到的玻璃的氮化硅探針掃描形貌圖，而a、b、c、d、e分圖則分別為A、 B、C、D、E分圖的輪廓圖。圖3為實施例三方法的六個具體加工試驗加工出的玻璃表面形貌圖加工得到的玻璃的表面形貌圖。其中，A、B、C、D、E、F分圖是掃描速率分別為90 μ m/s、30 μ m/s、12 μ m/ s、6 μ m/s,3 μ m/s、1. 2 μ m/s的加工試驗加工出的玻璃的氮化硅探針掃描形貌圖，而a、b、 c、d、e、f分圖則分別為A、B、C、D、Ε、F分圖的輪廓圖。圖4為加工載荷F、掃描循環(huán)次數(shù)N、掃描速率ν對玻璃表面加工高度的影響規(guī)律。 其中，A分圖是實施例一中載荷對加工出的凸結(jié)構(gòu)高度的影響規(guī)律；B分圖為實施例二中掃描循環(huán)次數(shù)對加工出的凸結(jié)構(gòu)高度的影響規(guī)律；C分圖是實施例三中掃描速率對加工出的凸結(jié)構(gòu)高度的影響規(guī)律。圖5為實施例四方法的具體加工試驗加工出的玻璃表面形貌圖。其中，A、B分圖為不同視角的形貌圖，而C分圖為A分圖的輪廓圖。圖6為實施例五方法的兩個具體加工試驗加工出的玻璃表面形貌圖。其中，A、B 分圖是加工載荷分別為2. 6 μ N、15 μ N的加工試驗得到的二級臺階結(jié)構(gòu)的形貌圖，而a、b分圖分別為A、B分圖的輪廓圖。圖7為實施例六的具體加工試驗加工得到的玻璃的表面形貌圖。其中，A分圖是加工試驗加工得到的十六個塊狀凸結(jié)構(gòu)陣列局部的氮化硅探針掃描形貌圖，而a分圖為A分圖中兩個塊狀結(jié)構(gòu)的輪廓圖。圖8為實施例七方法的兩個具體加工試驗加工出的玻璃表面形貌圖。其中，A圖是加工載荷為5 μ N的加工試驗得到的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的氮化硅探針掃描形貌圖，而a圖為A圖的輪廓圖。B圖是加工載荷為5μ N加工試驗得到的字母圖案的氮化硅探針掃描形貌圖，而b 圖為B圖的輪廓圖。
具體實施方式
實施例一本發(fā)明的第一種具體實施方式
是，一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的玻璃表面納米加工方法，其具體操作方法是A、將尖端為球狀的掃描探針安裝在原子力顯微鏡上，將清洗過的玻璃固定在樣品臺上，啟動原子力顯微鏡，給探針施加不高于臨界載荷F。的定載荷F，并使探針按照正方形面掃描軌跡在玻璃表面進行設(shè)定掃描速率的掃描，其掃描循環(huán)次數(shù)N為一次。B、將掃描后的玻璃置于質(zhì)量濃度為10%的HF溶液中，腐蝕5秒，即可。以下是采用本例方法進行的五個具體加工試驗的結(jié)果五個具體的加工試驗的掃描面積均為3 μ mX 3 μ m，掃描速率ν均為12 μ m/s,定載荷 F 分另|J為 5μ Ν、8μ Ν、15μ Ν、23μ Ν、33μ No圖1為本實施例的各具體加工試驗得到的玻璃表面形貌圖。其中，A、B、C、D、E分圖的掃描定載荷分別為5 μ Ν、8 μ Ν、15 μ Ν、23 μ Ν、33 μ N ；而a、b、c、d、e分圖則分別為A、B、 C、D、E分圖的輪廓圖。從圖1中可以得到，本例方法隨著掃描載荷的增長，腐蝕后高度逐漸增加并趨于穩(wěn)定。載荷為 5μΝ、8μΝ、15μΝ、23μΝ、33μΝ 時，對應(yīng)的高度為 4. 9nm、5. 8nm、8. 3nm、 9.5nm、9. 6nm。從以上數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)載荷增大到33μΝ時加工的高度幾乎不再增加。據(jù)此，可以確定使用本例的探針和玻璃，其加工的臨界載荷F。= 33 μ N。通常當(dāng)載荷增加40%以上， 而凸結(jié)構(gòu)高度增加在2%以內(nèi)時，可判定該載荷值為臨界載荷F。= 33 μ N。以下各實施例使用的探針和玻璃均與實施例一的相同，因此其臨界載荷F。均為33 μ N。實施例二其具體操作方法是一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的玻璃表面納米加工方法，其具體操作方法是Α、將尖端為球狀的掃描探針安裝在原子力顯微鏡上，將清洗過的玻璃固定在樣品臺上，啟動原子力顯微鏡，給探針施加不高于臨界載荷F。的定載荷F，并使探針按照正方形面掃描軌跡在玻璃表面，進行設(shè)定循環(huán)次數(shù)、設(shè)定掃描速率ν的掃描；B、將掃描后的玻璃置于質(zhì)量濃度為20%的HF溶液中，腐蝕5秒，即可。以下是采用本例方法進行的五個具體的加工試驗結(jié)果各個具體的加工試驗的具體掃描面積均為3 μ mX3 μ m，施加的定載荷F均為 5 μ N,設(shè)定的掃描速率ν均為均12 μ m/s ；設(shè)定的掃描循環(huán)次數(shù)分別為1次、2次、3次、4次、 5次。圖2為本實施例的五個具體的加工試驗得到的玻璃的(氮化硅探針掃描)形貌圖。其中，A、B、C、D、E分圖是掃描循環(huán)次N數(shù)為分別為1次、2次、3次、4次、5次的形貌圖， 而a、b、c、d、e分圖則分別為A、B、C、D、E分圖的輪廓圖。從圖2中可以得到，隨著掃描循環(huán)次數(shù)N的增長，腐蝕后的凸結(jié)構(gòu)高度逐漸增加， 但增加的速度逐漸變慢。掃描循環(huán)次數(shù)N分別為1次、2次、3次、4次、5次時，對應(yīng)的高度為 4. 9nm、6. 3nm、7. 3nm、7. 7nm、7. 8nm。實施例三其具體操作方法是
A、將尖端為球狀的掃描探針安裝在原子力顯微鏡上，將清洗過的玻璃固定在樣品臺上，啟動原子力顯微鏡，給探針施加不高于臨界載荷F。的定載荷F，并使探針按照正方形面掃描的掃描軌跡，在玻璃表面進行循環(huán)次數(shù)N為1次的設(shè)定掃描速率的掃描。B、將掃描后的玻璃置于質(zhì)量濃度為15%的HF溶液中，腐蝕10秒，即可。以下是采用本例方法進行的六個具體的加工試驗結(jié)果六個具體的加工試驗的具體掃描面積均為3 μ mX 3 μ m，定載荷F均為5 μ N,掃描速率 ν 分另Ij為 90 μ m/s、30 μ m/s、12 μ m/s、6 μ m/s、3 μ m/s、L 2 μ m/s。圖3為本實施例的各個具體的加工試驗得到的玻璃的(氮化硅探針掃描)形貌圖。其中，A、B、C、D、E、F 分圖分別是掃描速率 ν 為 90ym/s、30ym/s、12ym/s、6ym/s、 3 μ m/s、1. 2 μ m/s的加工試驗得到的玻璃的形貌圖，而a、b、c、d、e、f分圖為所述結(jié)構(gòu)對應(yīng)的輪廓圖。從圖3中可以得到，隨著掃描速率的降低，腐蝕后高度逐漸增加。掃描速率為 90 μ m/s>30 μ m/s、12 μ m/s>6 μ m/s、3 μ m/s、L 2 μ m/s 對應(yīng)的高度為 2. lnm>2. 9nm>4. 9nm、 5. 2nm、7. 0nm、7. 5nm。綜合考慮加工所需時間(即加工效率)和加工出的凸結(jié)構(gòu)的高度(即加工效果)， 本發(fā)明在實際實施時，優(yōu)選的掃描速率為12 μ m/s。根據(jù)實施例一、實施例二、實施例三的各加工試驗結(jié)果，圖4總結(jié)了掃描載荷F、掃描循環(huán)次數(shù)N、掃描速率ν對加工高度的影響，A分圖表示隨著掃描載荷的增長，凸結(jié)構(gòu)的高度逐漸增加并趨于穩(wěn)定。B分圖表示隨著掃描循環(huán)次數(shù)的增長，腐蝕后高度逐漸增加，但增加的速度逐漸變慢。C分圖表示隨著掃描速率的降低，腐蝕后高度逐漸增加。在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)加工要求來設(shè)定具體的掃描載荷、掃描循環(huán)次數(shù)和掃描速率。實施例四其具體操作方法是A、將尖端為球狀的掃描探針安裝在原子力顯微鏡上，將清洗過的玻璃固定在樣品臺上，啟動原子力顯微鏡，給探針施加變載荷F'，變載荷F'的最大值低于臨界載荷F。，并使探針按照正方形面掃描的掃描軌跡在玻璃表面進行循環(huán)次數(shù)N為1的掃描。B、將掃描后的玻璃置于質(zhì)量濃度20%的HF溶液中，腐蝕10秒，即可。采用本例的掃描方式最后會在玻璃表面形成斜面結(jié)構(gòu)。以下是采用本例方法進行的一個具體的加工試驗結(jié)果該具體的加工試驗的具體掃描面積為3 μ mX 3 μ m，掃描速率ν為12 μ m/s，其變載荷F'的范圍為2.6-15μΝ，變載荷F'的變化為從小到大的單向一次變化，且為均勻變化 (即在各單位時間內(nèi)變載荷F'的變化量相同)。圖5為以上的具體加工試驗加工出的玻璃的表面形貌圖。其中，A、B分圖是斜面結(jié)構(gòu)不同視角的氮化硅探針掃描形貌圖，而C分圖為所述結(jié)構(gòu)的輪廓圖。從圖5中可以發(fā)現(xiàn)，隨著載荷的均勻增加，腐蝕后的深度逐漸增加，當(dāng)載荷增加到15 μ N時，對應(yīng)的高度為 8. 2nm。實施例五其具體操作方法是A、將尖端為球狀的掃描探針安裝在原子力顯微鏡上，將清洗過的玻璃固定在樣品臺上，啟動原子力顯微鏡，給探針施加不高于臨界載荷F。的定載荷F，并使探針按照正方形面掃描的軌跡，在玻璃表面進行設(shè)定掃描速率的掃描；其循環(huán)次數(shù)N為2次，且后次掃描比前次掃描的面積更小，但二次掃描的掃描中心一致。B、將掃描后的玻璃置于質(zhì)量濃度15%的HF溶液中，腐蝕8秒，即可。采用本例的掃描方式最后會在玻璃表面形成兩級臺階結(jié)構(gòu)。以下是采用本例方法進行的兩個具體的加工試驗結(jié)果兩個具體的加工試驗施加的掃描速率ν均為16 μ m/s,第一次面掃描時的具體掃描面積均為4 μ mX 4 μ m，第二次面掃描的具體掃描面積均為2. 5 μ mX 2. 5 μ m ；兩個具體的加工試驗施加的定載荷F分別為2. 6 μ N和15 μ N。圖6為本實施例兩個具體的加工試驗加工出的玻璃的表面形貌圖。其中A分圖是載荷為2.6μΝ的加工試驗得到的二級臺階結(jié)構(gòu)的(氮化硅探針掃描)形貌圖，而a分圖為A分圖的輪廓圖。從圖中可以得到，載荷為2. 6μ N的加工試驗得到的二級臺階結(jié)構(gòu)中的第一級的面積為4 μ mX4 μ m、高度為3. 4nm,第二級的面積2. 5 μ mX 2. 5 μ m， 高度為5. 8nm。B分圖是載荷為15 μ N的加工試驗得到的二級臺階結(jié)構(gòu)的(氮化硅探針掃描)形貌圖，而b分圖為B分圖的輪廓圖。從圖中可以得到，載荷為15 μ N的加工試驗得到的臺階結(jié)構(gòu)中的第一級的面積為4 μ mX 4 μ m、高度為8. 2nm，第二級的面積2. 5 μ mX 2. 5 μ m，高度為 15. lnm。實施例六其具體操作方法是A、將尖端為球狀的掃描探針安裝在原子力顯微鏡上，將清洗過的玻璃固定在樣品臺上，啟動原子力顯微鏡，給探針施加不高于臨界載荷F。的定載荷F，使探針按照正方形面掃描的軌跡在玻璃表面進行設(shè)定掃描速率ν的掃描，掃描的循環(huán)次數(shù)N為2次以上，且后次掃描與前次掃描的面積相同，但掃描中心不一致。B、將掃描后的玻璃置于質(zhì)量濃度10%的HF溶液中，腐蝕10秒，即可。以下是采用本例方法進行的一個具體的加工試驗結(jié)果該具體加工試驗的定載荷F的具體值為15 μ N,掃描速率ν為12 μ m/s,掃描的循環(huán)次數(shù)N為16次，每次掃描的面積均為1. 5 μ mX 1. 5 μ m ；但后次掃描與前次掃描的掃描中心不一致，同一行的掃描中心間距為3 μ m,同一列的掃描中心間距也為3 μ m。圖7為本例以上具體加工試驗加工得到的玻璃的表面形貌圖。其中，A分圖是十六個塊狀陣列局部的氮化硅探針掃描形貌圖，而a分圖為A分圖中兩個塊狀結(jié)構(gòu)的輪廓圖。從圖中可以看出，單個塊狀結(jié)構(gòu)的面積為1. 5 μ mX 1. 5 μ m，高度為8. 3nm。塊狀結(jié)構(gòu)之間的間隔為1. 5 μ m(塊狀結(jié)構(gòu)中心之間的間距為3 μ m)。實施例七其具體操作方法是A、將尖端為球狀的掃描探針安裝在原子力顯微鏡上，將清洗過的玻璃固定在樣品臺上，啟動原子力顯微鏡，給探針施加不高于臨界載荷F。的定載荷F，并使探針按照面掃描的掃描軌跡在玻璃表面進行循環(huán)次數(shù)N為一次的設(shè)定掃描速率ν的掃描。B、將掃描后的玻璃置于質(zhì)量濃度10%的HF溶液中，腐蝕15秒，即可。
以下是采用本例方法進行的兩個具體的加工試驗結(jié)果第一個具體的加工試驗的面掃描軌跡的具體形狀為環(huán)形，環(huán)形的外直徑為 4. 5 μ m，內(nèi)直徑為2 μ m,其定載荷為5 μ N,掃描速率為12 μ m/s。第二個具體的加工試驗的面掃描軌跡的具體形狀為字母“TRI”，字母共占據(jù)長度為6μπ 、寬度為2μπ ，筆畫的寬度為0.8μπ ;其定載荷為5μΝ，掃描速率為12μπ Λ。圖8為本例以上兩個具體加工試驗加工得到的玻璃的表面形貌圖。其中A分圖是第一個具體的加工試驗得到的玻璃的氮化硅探針掃描形貌圖，而a分圖為A分圖的輪廓圖。從圖中可以看出，加工出的環(huán)形的外直徑為4. 5 μ m，內(nèi)直徑為2 μ m，高度約為4. 9nm。B分圖是第二個具體的加工試驗得到的玻璃的氮化硅探針掃描形貌圖。，而b分圖為B分圖的輪廓圖。從圖中可以看出，加工出的凸起字母“TRI”筆畫的寬度為0.8 μ m，高度為 4. 9nm。上述實施一至七表明，通過控制掃描軌跡、掃描載荷、掃描循環(huán)次數(shù)和掃描速率， 本方法可以在玻璃表明加工出各種形狀的納米凸結(jié)構(gòu)，如斜面、臺階、陣列、字母等；且加工出的納米凸結(jié)構(gòu)的高度與掃描載荷、掃描循環(huán)次數(shù)成正相關(guān)關(guān)系，與掃描速率成負相關(guān)關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的玻璃表面納米加工方法，其具體操作方法是A、將尖端為球狀的掃描探針安裝在原子力顯微鏡上，將清洗過的玻璃固定在樣品臺上，啟動原子力顯微鏡，給探針施加定載荷F，或者變載荷F'，并使探針按照設(shè)定的掃描軌跡、掃描循環(huán)次數(shù)N和掃描速率ν在玻璃表面進行掃描；所述的變載荷F'的最大值和定載荷F均不高于臨界載荷F。；B、將掃描后的玻璃置于質(zhì)量濃度為10-20%的HF溶液中，腐蝕5-15秒，即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的玻璃表面納米加工方法，其特征在于所述的探針的掃描軌跡為正方形面掃描。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的玻璃表面納米加工方法，其特征在于所述的掃描載荷為變載荷，掃描的循環(huán)次數(shù)為1次。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的玻璃表面納米加工方法，其特征在于所述的探針的掃描載荷為定載荷，掃描的循環(huán)次數(shù)為2次以上，且后次掃描比前次掃描的面積更小，但掃描中心一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的玻璃表面納米加工方法，其特征在于所述的掃描載荷為定載荷，掃描的循環(huán)次數(shù)為2次以上，且后次掃描與前次掃描的面積相同，但掃描中心不一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的玻璃表面納米加工方法，其特征在于所述的探針的掃描軌跡為面掃描，掃描載荷為定載荷，掃描的循環(huán)次數(shù)為1次。
全文摘要
一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的玻璃表面納米加工方法，主要應(yīng)用于玻璃表面微納米結(jié)構(gòu)的加工。其具體操作方法是將尖端為球狀的探針安裝在原子力顯微鏡上，將清洗過的玻璃固定在樣品臺上，啟動原子力顯微鏡，給探針施加定載荷F或者變載荷F′，并使探針沿著設(shè)定的掃描軌跡，循環(huán)次數(shù)N和掃描速率v在玻璃表面進行掃描；掃描后將玻璃置于質(zhì)量濃度為10-20％的HF溶液中，腐蝕5-10秒，即可。該方法不需要模版或掩膜，單次腐蝕就能在玻璃表面加工斜面、臺階、陣列等三維納米圖案；其加工流程極其簡便，腐蝕速率極快，是一種簡單、精確、高效的玻璃表面的納米加工方法。
文檔編號C03C15/00GK102503155SQ20111039280
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者余丙軍, 周仲榮, 宋晨飛, 郭劍, 錢林茂, 陳磊 申請人:西南交通大學(xué)