用于单电子自旋探测微悬臂梁的制作及端头磁针尖设计.pdfVIP

第23卷 第 10期 传 感 技 术 学 报 Vo1．23 No．10 2010年 1O月 CHINESE JOURNALOF SENSORSAND ACTUATORS 0et．2010 Fabrication ofUltra-SensitiveCantileverforSingleElectron Spin Detection andDesign ofM agneticTip Yong，ZHAOGang，CHEN Yuhang，KONGWen，CHUJiaru (DepartmentofPrecisionMachineryandPrecisionInstrumentation，UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230027，China) Abstract：Wehavedesignedandfabricatedtheuhra-sensitivecantileversforsingleelectronspindetection．A SO1 waferwitha1lxm．thickdevicelayerwasusedasthefabricationmateria1．Thecantileverswerepatternedonthede— vicelayer，andthenthinnedto0．5p．m—thickthroughthermaloxidation；meanwhile，anoxideprotectionlayerofr cantileverwasgenerated．Duringthebulksiliconetching，thecantileverwasprotectedbyblackwaxandthesilicon oxide．Theburiedoxidelayeretchingandthecantilevercleaningwerebothunderliquidwithoutpullingitout．The Qfactorofacantileverwith465Ixm ×10 m ×0．5 mdimensionsis23000inavacuumchamberatroomtemper— ature．Itisbelievedthatthecantileverissensitiveenoughofrsinglespindetectionatlow temperature．Wesimula— tedthemagneticfieldofthreetypesofmagnettips，andfoundthataconicalmagnettip showsthestrongestfield gradientatthenearfield． Keywords：MRFM ；cantilever；magnetictip；electronspin EEACC：2575F；3120E doi：10．3969／i．issn．1004—1699．2010．10．007 用于单电子自旋探测微悬臂梁的制作及端头磁针尖设计木 刘 勇，赵 钢，陈宇航 ，孔 雯，褚家如 (中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，合肥 230027) 摘 要 ：提出一种用于单电子 自旋探测微悬臂梁的制作方法。采用顶层 厚度为 1m的SOI硅片，在器件层刻蚀出悬臂梁 图形后，利用热氧化将 si梁减薄至0．5I,Lm，同时生成 SiO保护层。在KOH溶液进行体硅刻蚀过程中，以黑蜡和SiO：保护层 作为正面保护，之后用溶液置换方法完成埋氧层去除及悬臂梁清洗过程。悬臂梁尺寸为465txm×10 mX0．5 m，室温真空 中Q值为23000，在低温环境中可以满足单电子自旋探测要求。分析比较了球体、圆锥体 、圆柱体三种磁针尖磁场梯度分布， 为磁针尖结构设计提供了依据。 关键词 ：磁共振力显微镜；悬臂梁；磁针尖；电子白旋 中图分类号：TP2，12 文献标识码 ：A 文章编号 ：1004—1699(2010)10—1399—04 磁共振成像是一种重要 的三维观察技术 。 高灵敏度的微悬臂梁设计及制作，对提高磁共振力 典型的核磁共振仪最小成像极 限为 10 个核 自 显微镜的探测分辨率有着重要意义。