2009年9月8日
国际商用机器公司科学家已经证明了一种有前途的实用方法，可以有效地消除扫描探针技术中使用的纳米尖头的机械磨损。这一发现有可能用于开发性能更高、功能更小的下一代更先进的计算机芯片。基于扫描探针的工具可以是一种将能力、质量和精度扩展到当前生产和表征工具的预计极限之外的方法。
基于扫描探针的技术利用原子力显微镜（atomic force Micromicroscopy）借用的微小、纳米锋利的尖端，通过扫描或在表面上非常接近地滑动来操纵纳米结构和设备，类似于唱机的指针在唱片上的方式。今天，这些技术，例如著名的原子力显微镜，已经成为科学家探索纳米宇宙的工具。今天的扫描探针技术允许最高可能的分辨率下降到原子或分子尺度，基本上代表了科学家在探索人类已知的最小物体时的“眼睛”、“耳朵”、“鼻子”和“手”。
在半导体工业中，这些技术由于其原子分辨率和操纵能力，在具有超小特征尺寸的下一代芯片的开发和制造中变得越来越有吸引力。尽管按照大多数标准，现在的40纳米晶体管很小，但仍然可以进一步缩小，但它变得越来越具有挑战性，成本也越来越高，因为目前用硅片开发和加工芯片的工具和方法接近关键芯片层的物理限制。
“继续扩展以进一步提高设备性能将需要新的设备架构、更小的功能尺寸和新材料。基于扫描探针技术的工具对于未来技术节点的计量以及新型纳米级设备的开发、制造和表征至关重要。”苏黎世IBM研究所的IBM研究员Evangelos Eleftheriou说。欧洲杯足球竞彩
然而，这种技术在大规模工业应用前景的一个关键限制因素是尖锐尖端的机械磨损。运动部件之间的摩擦产生的磨损是宏观和纳米尺度上所有机械过程所固有的。然而，对于基于扫描探针的技术来说，这种技术依赖于纳米级的尖端，在其顶端仅测量5纳米级，这个问题更加突出。多多少少几个立方纳米就会破坏针尖的灵敏度。IBM科学家Mark Lantz解释说:“在未来的工业应用中，比如硅片上的大面积特性表征，尖端需要能够滑动数十公里或英里而无需更换。”在目前使用的扫描模式下，探头在几米或几码后就会磨损。“此外，除了导致尖端磨损外，摩擦还可能对被表征的表面造成损害。”
在发表于《自然纳米技术》9月刊的论文中，IBM的科学家们解决了这一挑战，他们“通过调节作用在尖端-样本接触点上的力，证明了尖端在聚合物表面滑动750米的有效消除磨损”。通过在悬臂(针尖附着的机械臂，并在其上控制针尖)和样品表面之间施加交流电压，悬臂就可以在1兆赫的高频下被激发。悬臂弯曲，尖端以几乎觉察不到的一纳米振幅振动。“尽管非常小，但正是这种振动极大地减少了摩擦，并在实验条件下“有效地”消除了——达到了探测极限以下，这与每米损失一个原子的显著低数目相对应，”IBM研究中心的Bernd Gotsmann说。经过750米的磨损测试，持续运行了一周，尖端仍然运行完美。
随着磨损问题的解决，苏黎世IBM研究所的研究人员目前正在研究扫描探针技术的一些可能应用，包括纳米制造、纳米光刻和高速计量。并行操作大量tips将实现高通量、高速、自动化的计量系统，在芯片开发和制造中具有潜在的用途。这种计量系统可以表征器件尺寸或识别结构化硅片上的缺陷，具有比现有工具更高的精度和准确度，并可能降低成本。苏黎世IBM研究所的科学家们也在研究基于强大扫描探针的方法，以便对复杂的二维和三维纳米结构进行高速图形化。
M.A.Lantz、D.Wiesmann和B.Gotsmann撰写的题为“纳米尺度上的动态超润滑性和磨损消除”的科学论文发表在《自然纳米技术》第4卷第9期（2009年9月）上。
2009年9月8日发布