Спосіб виготовлення вістряних об’єктів

Спосіб має відношення до технології виготовлення вістряних об'єктів, які формують з використанням приладів з іонним пучком, зокрема з використанням поверхневої іонізації. Спосіб може бути використаний в технології обробки мікрозондів для сканувальних тунельних мікроскопів, для нанотехнічних пристроїв, заснованих на скануванні уздовж оброблюваних поверхонь, зокрема в атомній літографії, емітерів у прецизійних електроннооптичних пристроях, що вимагають локалізованих джерел іонів або електронів, а також у медицині для обробки вістряного інструмента. Створення вістряних об'єктів високопольовими методами має на меті згладжування вершинної (робочої) частини на атомному рівні. Попереднє електрохімічне травлення вістрій з радіусами кривизни вершини 5-10нм і кутом конуса 2-5° приводить до неминучої мікрошорсткості робочої поверхні і низьких механічних характеристик. Такі вістря неможливо використовувати як робочий інструмент. Відомий спосіб виготовлення вістряного об'єкта - колюче-різального мікрохірургічного інструмента [патент України, №40257, А61В17/32, 2001] [1]. Спосіб полягає у тому, що металеву заготівку піддають електрохімічному травленню, формують вершину вістря шляхом подачі на вістря позитивного електричного потенціалу в присутності газового середовища, що стимулює польовий випар. Наявність газового середовища, що стимулює польовий випар, дозволяє знизити величину напруженості електричного поля і механічних напруг на поверхні робочого краю мікрохірургічного інструмента, що забезпечує низьку імовірність руйнування такого інструмента. Як газове середовище, що стимулює польовий випар, використовується азот (Р=5·10-3Па) або водень (Р=2·10-2Па), обробка проводиться при криогенних температурах. Гранична напруженість електричного поля, що стимулює польовий випар у середовищі газу, складала 160МВ/см для азоту і 145МВ/см для водню. При граничних напругах польового іонного мікроскопа даний спосіб дозволяє обробляти інструмент із радіусами кривизни не більш 150нм. Найбільш близьким до пропонованого способу є спосіб виготовлення вістряного емітера з локалізованою емісією [патент № 62602А України, H01J 37/285, 2003] [2]. Спосіб включає електрохімічне травлення вістрій з металевої заготівки, формування вершини вістря шляхом подачі на вістря позитивного електричного потенціалу в присутності газового середовища, що стимулює польовий випар. У цьому способі створюють у згаданому газовому середовищі при тиску більш 10-3Па на вершині вістря мікровиступ при потенціалі, що забезпечує напруженість електричного поля в інтервалі від значення, що відповідає порогові іонізації хімічно активного газу, до граничної напруженості електричного поля, необхідної для польового випару у високому вакуумі (Р7´F´Rn´k, відбувається утворення мікровиступу уздовж осі заготівки зі зменшенням радіуса кривизни. При цьому розміри вершини мікровиступу істотно менше розмірів підстави, що забезпечує високі механічні характеристики такого ві-стряного об'єкта. Приклад Вістря з вольфрамового дроту, виготовлене електрохімічним способом з радіусом вершини Rn=500нм, поміщають у вакуумну камеру з тиском парів води 10-2Па, прикладається напруга 11,2кВ, що відповідає ~7,2´F´Rn ´k. Потім роблять відкачку парів води і наступне зниження напруги. В результаті такої обробки, на вершині вістря виникає мікровиступ, висота якого, за даними іонно-мікроскопічних експериментів, становить 5нм і порівнянна з його діаметром - 4нм. Вершина мікровиступ у формується уздовж осі заготівки. Отриманий таким способом мікровиступ, розташовано на масивній основі, що обумовлює високі механічні характеристики такого об'єкта. Таким чином, пропонований спосіб формування вістряних об'єктів дозволяє, у порівнянні зі способом, обраним як прототип, одержувати вістряні об'єкти з меншим радіусом кривизни вістря і високими механічними характеристиками, а також дозволяє отримувати більш широку номенклатуру оброблюваних вістряних об'єктів.