包括探針臂I與針尖2。針尖2如圖4所示，包括針尖本體3、熱電阻材料層8，第一導(dǎo)電層9以及第二導(dǎo)電層10 ;熱電阻材料層8位于針尖本體3表面，第二導(dǎo)電層10位于熱電阻材料層表面；第一導(dǎo)電層9與熱電阻材料層8相連通；熱電阻材料層8由熱電阻材料構(gòu)成，用于探測樣品溫度變化及熱導(dǎo)；第一導(dǎo)電層9由導(dǎo)電材料構(gòu)成，與熱電阻材料連接，用于探測熱電阻材料阻值的變化；第二導(dǎo)電層10由導(dǎo)電材料構(gòu)成，或者進(jìn)一步，第二導(dǎo)電層10由磁性導(dǎo)電材料構(gòu)成，即形成了磁性導(dǎo)電層。
[0055]所述的熱電阻材料層8材料不限，包括具有低摻雜的硅、半導(dǎo)體或者金屬電阻材料等。
[0056]所述的第一導(dǎo)電層9材料不限，包括具有良好導(dǎo)電性能的金屬、半導(dǎo)體等中的一種材料或者兩種以上的組合材料，例如，鉍(Bi)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉀(K)等金屬以及其合金，石墨、石墨稀等半導(dǎo)體中的一種材料或者兩種以上材料的組合。
[0057]所述的第二導(dǎo)電層10由導(dǎo)電材料構(gòu)成時(shí)，材料不限，包括具有良好導(dǎo)電性能的金屬和半導(dǎo)體中的一種材料或者兩種以上的組合材料，例如鉍(Bi)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鉀(K)等金屬以及其合金，石墨、石墨烯等半導(dǎo)體中的一種材料或者兩種以上材料的組合。
[0058]所述的第二導(dǎo)電層10由磁性導(dǎo)電材料構(gòu)成時(shí)，材料不限，包括鐵磁性金屬或者鐵磁性合金等，鐵磁性金屬包括鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)等。
[0059]所述的具有熱電阻結(jié)構(gòu)的探針可以采用如下制備方法得到:
[0060]步驟1、采用鍍膜的方法在針尖本體表面制備熱電阻材料層8 ；
[0061]步驟2、采用鍍膜的方法在針尖本體表面制備第一導(dǎo)電層9 ；
[0062]步驟3、采用鍍膜的方法在熱電阻材料層8表面制備第二導(dǎo)電層10。
[0063]上述制備方法中，所述的步驟1、2、3中的鍍膜的方法包括但不限于各種溶液旋涂方法、噴墨打印、刻蝕、固體濺射、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)等方法中的一種或者兩種以上的組入口 ο
[0064]作為優(yōu)選,所述的熱電阻材料層8的厚度為0.1 μ m?10 μ m。
[0065]作為優(yōu)選，所述的第一導(dǎo)電層9的厚度為0.1 μ m?I μ m。
[0066]當(dāng)采用本發(fā)明具有熱電阻結(jié)構(gòu)的探針時(shí)，掃描探針顯微鏡的工作模式如下:
[0067](一)當(dāng)所述的第二導(dǎo)電層由導(dǎo)電材料構(gòu)成，具有導(dǎo)電性時(shí)
[0068]所述的掃描探針顯微鏡還包括電信號施加單元、位移或振動信號采集單元、熱學(xué)信號采集單元、探針驅(qū)動單元，以及中心控制單元，
[0069]所述的探針控制單元用于驅(qū)動或者控制探針進(jìn)行位移和/或振動；
[0070]所述的中心控制單元用于初始化系統(tǒng)各單元，控制系統(tǒng)各單元，接收樣品的形貌、熱、電信號，分析后得到樣品的形貌、熱、電信號圖像；
[0071]所述的掃描探針顯微鏡的工作模式包括如下兩種，分別用于探測樣品的形貌、電信號以及熱信號:
[0072](I)模式一:用于探測樣品的表面形貌與電信號
[0073]探針驅(qū)動單元驅(qū)動探針位移至樣品表面某初始位置，探針自該初始位置沿橫向?qū)悠繁砻孢M(jìn)行定向掃描，掃描過程中控制探針針尖與樣品表面點(diǎn)接觸或振動點(diǎn)接觸，同時(shí)電信號施加單元、第一導(dǎo)電層、熱電阻材料層以及第二導(dǎo)電層形成閉合的電學(xué)回路；位移或振動信號采集單元接收探針針尖的縱向位移信號或振動信號，經(jīng)中心控制單元分析得到樣品的形貌信號；同時(shí)，電信號施加單元對針尖施加電信號，該電信號流入第一導(dǎo)電層、熱電阻材料層、第二導(dǎo)電層以及樣品，形成電壓信號，經(jīng)電信號采集單元得到樣品的電信號，經(jīng)中心控制單元分析得到樣品的電信號圖像；
[0074](2)模式二:用于探測樣品的熱信號
[0075]電信號施加單元、第一導(dǎo)電層與熱電阻材料層形成閉合回路；電信號施加單元對熱電阻材料層進(jìn)行加熱，進(jìn)而對探針針尖進(jìn)行加熱，使得探針針尖的溫度不同于樣品的溫度(一般選擇高于樣品的溫度)；探針驅(qū)動單元驅(qū)動探針針尖與樣品相接觸，樣品與探針針尖發(fā)生熱交換，進(jìn)而影響到熱電阻材料層的溫度，由于熱阻效應(yīng)，使得熱電阻材料層的電阻值發(fā)生變化，經(jīng)熱信號采集單元采集后經(jīng)中心控制單元分析，得到樣品的熱信號圖像。
[0076]當(dāng)利用上述掃描探針顯微鏡能夠?qū)悠穼悠愤M(jìn)行熱-電原位探測時(shí)，探測方法如下:
[0077]步驟1:樣品固定于掃描探針顯微鏡平臺，采用上述探測模式一，將探針位移至初始位置，沿橫向?qū)悠繁砻孢M(jìn)行定向掃描，得到樣品的形貌圖像與電信號圖像；
[0078]步驟2:探針位移至步驟I中的初始位置，采用上述探測模式二，對樣品表面進(jìn)行步驟I中所述的橫向定向掃描，得到樣品的熱信號圖像。
[0079]上述(一)所述的熱電阻結(jié)構(gòu)中，熱電阻材料層以及第二導(dǎo)電層在針尖本體的尖端部位呈層疊排列，考慮到實(shí)際制備過程中，由于針尖本體的尖端位置橫截面較小，因此覆蓋層制備困難，尤其是制備該多層層疊結(jié)構(gòu)時(shí)更加困難，因此作為優(yōu)選，所述的第二導(dǎo)電層集成在熱電阻材料層中。
[0080]作為另一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，所述的電阻材料層與第二導(dǎo)電層之間設(shè)置絕緣層，使電阻材料層與第二導(dǎo)電層相電絕緣，所述的第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層相電連接。該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)采用上述模式一探測樣品的電信號時(shí)，電信號施加單元、第一導(dǎo)電層以及第二導(dǎo)電層形成閉合的電學(xué)回路，電信號施加單元對針尖施加電信號，該電信號流入第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層以及樣品，形成電壓信號，經(jīng)電信號采集單元得到樣品的電信號，經(jīng)中心控制單元分析得到樣品的電信號圖像。
[0081](二)當(dāng)所述的第二導(dǎo)電層由磁性導(dǎo)電材料構(gòu)成，具有磁性與導(dǎo)電性時(shí)
[0082]所述的掃描探針顯微鏡還包括電信號施加單元、位移或振動信號采集單元、熱學(xué)信號采集單元、電學(xué)信號采集單元、探針驅(qū)動單元，以及中心控制單元，
[0083]所述的探針控制單元用于驅(qū)動或者控制探針進(jìn)行位移和/或振動；
[0084]所述的中心控制單元用于初始化系統(tǒng)各單元，控制系統(tǒng)各單元，接收樣品的形貌、熱、電信號，分析后得到樣品的形貌、磁、熱、電信號圖像；
[0085]所述的掃描探針顯微鏡的工作模式包括如下三種，分別用于探測樣品的形貌、磁性號、電信號以及熱信號:
[0086](I)模式一:用于探測樣品的表面形貌與磁信號
[0087]探針驅(qū)動單元驅(qū)動探針位移至樣品表面某初始位置，探針自該初始位置沿橫向?qū)悠繁砻孢M(jìn)行定向掃描，掃描過程中控制探針針尖與樣品表面點(diǎn)接觸或振動點(diǎn)接觸，位移或振動信號采集單元接收探針針尖的縱向位移信號或振動信號，經(jīng)中心控制單元分析得到樣品的形貌信號；
[0088]探針返回至所述的初始位置并且向上抬高一定距離，然后按照所述的橫向定向?qū)悠繁砻孢M(jìn)行掃描，掃描過程中控制探針針尖沿所述的形貌圖像進(jìn)行縱向位移或者振動，位移或振動信號采集單元接收探針針尖的縱向位移信號或振動信號，經(jīng)中心控制單元分析得到樣品的磁信號圖像；
[0089](2)模式二:用于探測樣品的熱信號
[0090]電信號施加單元、導(dǎo)電層與熱電阻材料層形成閉合回路；電信號施加單元對熱電阻材料層進(jìn)行加熱，進(jìn)而對探針針尖進(jìn)行加熱，使得探針針尖的溫度不同于樣品的溫度(一般選擇高于樣品的溫度)；探針驅(qū)動單元驅(qū)動探針針尖與樣品相接觸，樣品與探針針尖發(fā)生熱交換，進(jìn)而影響到熱電阻材料層的溫度，由于熱阻效應(yīng)，使得熱電阻材料層的電阻值發(fā)生變化，經(jīng)熱信號采集單元采集后經(jīng)中心控制單元分析，得到樣品的熱信號圖像；
[0091](3)模式三:用于探測樣品的電信號
[0092]電信號施加單元、導(dǎo)電層、熱電阻層、磁性導(dǎo)電層以及樣品形成閉合的電學(xué)回路；探針驅(qū)動單元驅(qū)動探針位移至樣品表面某位置，使探針針尖與樣品表面相接觸，電信號施加單元對針尖施加電信號，該電信號流經(jīng)導(dǎo)電層、熱電阻材料層、磁性導(dǎo)電層以及樣品，形成電壓信號，經(jīng)電信號采集單元得到樣品的電信號，經(jīng)中心控制單元分析得到樣品的電信號圖像。
[0093]當(dāng)利用上述掃描探針顯微鏡能夠?qū)悠穼悠愤M(jìn)行磁-熱-電原位探測時(shí)，探測方法如下:
[0094]步驟1:樣品固定于掃描探針顯微鏡平臺，采用上述探測模式一，將探針位移至初始位置，沿橫向?qū)悠繁砻孢M(jìn)行定向掃描，得到樣品的形貌圖像與磁信號圖像；
[0095]步驟2:探針位移至步驟I中的初始位置，采用上述探測模式二，對樣品表面進(jìn)行步驟I中所述的橫向定向掃描，得到樣品的熱信號圖像；
[0096]步驟3:探針位移至步驟I中的初始位置，采用上述探測模式三，對樣品表面進(jìn)行步驟I中所述的橫向定向掃描，得到樣品的電信號圖像。
[0097]上述(二)所述的熱電阻結(jié)構(gòu)中，熱電阻材料層8、以及磁性導(dǎo)電層10在針尖本體的尖端部位呈多層層疊排列，考慮到實(shí)際制備過程中，由于針尖本體的尖端位置橫截面較小，因此覆蓋層制備困難，尤其是制備該多層層疊結(jié)構(gòu)時(shí)更加困難；另一方面，在這種多層層疊結(jié)構(gòu)中，針尖本體的尖端位置集中了磁性信號、熱信號與電信號的探測，一層薄膜的損壞會導(dǎo)致整個(gè)探針失效，利用率不高。
[0098]為此，本發(fā)明對該層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，將熱電阻材料層與導(dǎo)電層設(shè)置在探針壁位置，而僅將磁性導(dǎo)電層設(shè)置在探針針尖部位，即將磁性導(dǎo)電與熱電阻材料層、導(dǎo)電層進(jìn)行“分離”，這種結(jié)構(gòu)具體為:探針包括探針臂與針尖；針尖包括針尖本體與位于其表面的磁性導(dǎo)電，在探針臂上距離針尖一定間隔設(shè)置熱電阻材料層，即，熱電阻材料層與磁性導(dǎo)電之間非電連通；所述的針尖還包括導(dǎo)電層，導(dǎo)電層與熱電阻材料層相電連通，并且導(dǎo)電層與磁性導(dǎo)電層相電連通。作為優(yōu)選，導(dǎo)電層設(shè)置在熱電阻材料層表面，其一端與磁性導(dǎo)電層相電連通。
[0099]當(dāng)采用上述改進(jìn)的熱電阻結(jié)構(gòu)探針時(shí)，所述的掃描探針顯微鏡的工作模式包括如下三種，分別用于探測樣品的形貌、磁性號、電信號以及熱信號:
[0100](I)模式一:用于探測樣品的表面形貌與磁信號
[0101]探針驅(qū)動單元驅(qū)動探針位移至樣品表面某初始位置，探針自該初始位置沿橫向?qū)悠繁砻孢M(jìn)行定向掃描，掃描過程中控制探針針尖與樣品表面點(diǎn)接觸或振動點(diǎn)接觸，位移或振動信號采集單元接收探針針尖的縱向位移信號或振動信號，經(jīng)中心控制單元分析得到樣品的形貌信號；
[0102]探針返回至所述的初始位置并且向上抬高一定距離，然后按照所述的橫向定向?qū)悠繁砻孢M(jìn)行掃描，掃描過程中控制探針針尖沿所述的形貌圖像進(jìn)行縱向位移或者振動，位移或振動信號采集單元接收探針針尖的縱向位移信號或振動信號，經(jīng)中心控制單元分析得到樣品的磁信號圖像；
[0103](2)模式二:用于探測樣品的熱信號
[0104]電信號施加單元、導(dǎo)電層與熱電阻材料層形成閉合回路；電信號施加單元對熱電阻材料層進(jìn)行加熱；探針驅(qū)動單元驅(qū)動探針針尖與樣品相接觸，樣品與探針針尖發(fā)生熱交換，其熱量經(jīng)空氣及探針壁影響到熱電阻材料層的溫度，由于熱阻效應(yīng)，使得熱電阻材料層的電阻值發(fā)生變化，經(jīng)熱信號采集單元采集后經(jīng)中心控制單元分析，得到樣品的熱信號圖像；
[0105](3)模式三:用于探測樣品的電信號
[0106]電信號施加單元、導(dǎo)電層、磁性導(dǎo)電層以及樣品形成閉合的電學(xué)回路；探針驅(qū)動單元驅(qū)動探針位移至樣品表面某位置，使探針針尖與樣品表面相接觸，電信號施加單元對針尖施加電信號，該電信號流經(jīng)導(dǎo)電層、磁性導(dǎo)電層以及樣品，形成電壓信號，經(jīng)電信號采集單元得到樣品的電信號，經(jīng)中心控制單元分析得到樣品的電信號圖像。
[0107]當(dāng)采用上述改進(jìn)的熱電阻結(jié)構(gòu)探針時(shí)，掃描探針顯微鏡能夠?qū)悠穼悠愤M(jìn)行磁-熱-電原位探測時(shí)，探測方法包括如下步驟:
[0108]步驟1:樣品固定于掃描探針顯微鏡平臺，采用上述探測模式一，將探針位移至初