IBM科學(xué)家日前公開展示了一種大有希望的實用技術(shù)，該技術(shù)能有效消除掃描探針技術(shù)中使用的納米針尖的機械磨損。此一發(fā)現(xiàn)將有助于開發(fā)出下一代更為先進的計算機芯片，使芯片具有更高性能和更小體積。以掃描探針為基礎(chǔ)的工具可超越目前生產(chǎn)和表征工具的可能極限，擴展其測量能力、質(zhì)量和精度。

　　掃描探針技術(shù)利用納米尺度的原子力顯微鏡針尖，通過在物體表面以非常接近的方式進行掃描而非滑動來操縱納米結(jié)構(gòu)和設(shè)備，有點類似于老式留聲機的唱針運行方式。原子力顯微鏡等技術(shù)現(xiàn)已成為探索納米世界的重要工具。掃描探針技術(shù)提供了在原子或分子尺度上的最高可能分辨率，代表著科學(xué)家的“眼”、“耳”、“鼻”、“手”。

　　在半導(dǎo)體行業(yè)，這些技術(shù)由于其原子層級的分辨率和操縱能力，成為開發(fā)制造下一代超小尺寸芯片的寵兒。利用這些技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)用途的一個關(guān)鍵性制約因素就是針尖的機械磨損。運動部件之間摩擦產(chǎn)生的磨損是所有宏觀及納米層級力學(xué)過程所固有的。但是，依賴于納米針尖的掃描探針技術(shù)其頂端僅為5個納米，因此這個問題更為嚴(yán)峻。幾個立方納米就能影響針尖的靈敏度。未來工業(yè)化應(yīng)用中，在一個硅片上的大型特性表征化區(qū)域內(nèi)，針尖就需要在無需更換的情況下滑動數(shù)千公里。而在目前使用的掃描模式下，針尖在運動數(shù)米后就磨損了。此外，摩擦除了造成針尖的磨損外，還能造成特征化表面的損壞。

　　IBM科學(xué)家在9月份出版的《自然?納米技術(shù)》雜志上發(fā)表的論文就旨在解決此一問題。通過調(diào)節(jié)作用于針尖樣本接觸點上的力，研究人員有效地消除了在聚合物表面滑動的針尖的磨損，使其滑動距離超過了750米。給懸臂(針尖依附與受控的力臂)和樣本表面之間施以交流電壓后，懸臂即能以1兆赫茲的頻率進行激勵。此時，懸臂的彎曲和針尖的振動幅度僅在幾乎察覺不到的1納米左右。雖然微乎其微，但正是這種振動大大降低了摩擦，消除了針尖的磨損，從而能檢測到低至每米中失去1個原子這樣的極限反應(yīng)。針尖在連續(xù)運行一周，經(jīng)過750米的磨損試驗后依然處于完美的運行狀態(tài)。

　　隨著磨損問題的解決，IBM蘇黎世研究中心的研究人員目前正在探尋掃描探針技術(shù)的大量潛在應(yīng)用，如納米加工、納米光刻和高速測量等。通過并行運行大量的針尖，芯片的開發(fā)和制造過程中就能實現(xiàn)高通量、高速度和自動計量。與現(xiàn)有工具相比，這樣的計量系統(tǒng)將能以更高的精度和準(zhǔn)確度、更低的成本來表征器件的尺寸或確定結(jié)構(gòu)化硅片中的瑕疵。為了實現(xiàn)復(fù)雜二維和三維納米結(jié)構(gòu)的高速模式化，IBM研究人員目前還在研究更為強大的掃描探針技術(shù)。