CN103760916A

CN103760916A - 一种多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置

Info

Publication number: CN103760916A
Application number: CN201310746072.6A
Authority: CN
Inventors: 崔晋; 高学成; 崔志国
Original assignee: SUZHOU DIER TAISI PRECISION INSTRUMENT Co Ltd
Current assignee: Nanjing Qimo Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2033-12-23
Also published as: CN103760916B

Abstract

本发明公开了一种多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置，在Y轴底座上安装Y轴真空压电陶瓷直线马达和Y轴滑块导轨，在Y轴滑块上安装X轴底座，在X轴底座上安装X轴真空压电陶瓷直线马达和X轴滑块导轨，在X轴滑块上安装Z轴底座，在Z轴底座上安装Z轴真空压电陶瓷直线马达和Z轴滑块导轨，Z轴精调支架安装在Z轴滑块上；Z轴压电陶瓷致动器的一端安装在Z轴精调支架，另一端安装X轴精调支架；X轴压电陶瓷致动器的一端安装在X轴精调支架上，另一端安装Y轴精调支架。本发明通过三维直角坐标移动，实现了精调范围内的精确定位，力学、电学、光学、温度、机械探针、探头纳米尺度移动定位以及对微纳米尺度材料、器件的测试实验。

Description

一种多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置

技术领域

本发明属于微纳米尺度移动、样品操作、实验测试设备技术领域，尤其涉及一种多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置。

背景技术

目前，微纳技术尺度范围是1nm-100μm。在这个尺度范围内研究材料、器件和结构的电学、力学、光学、温度、机械等性能时，需要在一些特定的观察、表征和检测系统下才能够进行，例如扫描电子显微镜SEM、透射电子显微镜TEM、原子力显微镜AFM和离子束聚焦显微镜FIB等。但是SEM、TEM、FIB等设备在设计之初主要是用于观察微纳米结构和材料的形貌以及材料和器件的结构性能等，没有涉及太多的电学、力学、光学、温度、机械性能测量和对样品进行移动、操控的需要。因而，到现在为止，还很少有专门为电学、力学、光学、温度、机械研究而设计的基于扫描探针显微环境平台的微纳米尺度移动、操作的测量实验设备，尤其是没有配备对样品进行电学、力学、光学、温度、机械性能检测所需要的夹持、加载接口夹具。目前即使在国际范围，在AFM、SEM、FIB等显微观察平台上实现三维直角坐标微纳米尺度移动、操作的测量实验的商用设备也未见报道，因此迫切需要研制和开发用于三维直角坐标微纳米尺度移动、操作的测量实验的设备。在国内仅有的少部分基于扫描平台的测量仪器也绝大部分都是进口设备。

没有适合进行电学、力学、光学、温度、机械性能检测的三维直角坐标微纳米尺度移动、操作的测量实验装置，且存在价格昂贵、无知识产权等问题。

发明内容

本发明为解决现有国内缺少适合进行电学、力学、光学、温度、机械性能检测的三维直角坐标微纳米尺度移动、操作的测量实验装置，且存在价格昂贵、无知识产权的问题而提供一种结构简单、安装使用方便、提高工作效率的多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置。

本发明实施例的多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置，该多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置包括：Y轴底座、Y轴真空压电陶瓷直线马达、Y轴滑块导轨、Y轴滑块、X轴底座、X轴真空压电陶瓷直线马达、X轴滑块导轨、X轴滑块、Z轴底座、Z轴真空压电陶瓷直线马达、Z轴滑块导轨、Z轴滑块、Z轴精调支架、Z轴压电陶瓷致动器、X轴精调支架、X轴压电陶瓷致动器、Y轴精调支架、Y轴压电陶瓷致动器、夹具座、可更换夹具、探针座、探针、Z轴应变计、X轴应变计、Y轴应变计；

在Y轴底座上安装Y轴真空压电陶瓷直线马达和Y轴滑块导轨，在Y轴滑块上安装X轴底座，在X轴底座上安装X轴真空压电陶瓷直线马达和X轴滑块导轨，在X轴滑块上安装Z轴底座，在Z轴底座上安装Z轴真空压电陶瓷直线马达和Z轴滑块导轨，Z轴精调支架安装在Z轴滑块上，Z轴压电陶瓷致动器的一端安装在Z轴精调支架，在Z轴压电陶瓷致动器的另一端安装X轴精调支架，X轴压电陶瓷致动器的一端安装在X轴精调支架上，在X轴压电陶瓷致动器的另一端安装Y轴精调支架，Y轴压电陶瓷致动器的一端安装在Y轴精调支架上，在Y轴压电陶瓷致动器的另一端安装夹具座，可更换夹具安装在夹具座上。

进一步，在Z轴压电陶瓷致动器侧面安装两片Z轴应变计，在X轴压电陶瓷致动器侧面安装两片X轴应变计，在Y轴压电陶瓷致动器侧面安装两片Y轴应变计。

进一步，X轴真空压电陶瓷直线马达、Y轴真空压电陶瓷直线马达、Z轴真空压电陶瓷直线马达实现移动平台的三轴直角坐标移动，最小移动步进小于100纳米。

进一步，X轴压电陶瓷致动器、Y轴压电陶瓷致动器、Z轴压电陶瓷致动器和X轴应变计、Y轴应变计、Z轴应变计实现三维直角坐标的3微米移动范围的小于1纳米的精确移动、定位。

进一步，更换的夹具可以采用电测试探针座夹具、力学测试夹具、光纤夹具、温度探测器夹具，所述夹具实现对电学、力学、光学、温度、机械移动探针、探头座的夹持。

进一步该多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置可以安装在扫描电子显微镜、原子力显微镜、离子束聚焦显微镜上。

进一步，Y轴真空压电陶瓷直线马达、X轴真空压电陶瓷直线马达、X轴滑块导轨、X轴滑块Z轴真空压电陶瓷直线马达采用压电陶瓷材质。

进一步，Z轴亚达陶瓷致动器、X轴亚达陶瓷致动器、Y轴亚达陶瓷致动器采用压电陶瓷材质。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明通过三维直角坐标移动的，移动分粗调、精调，粗调使用真空压电陶瓷直线马达实现，最小移动步进小于100纳米，移动范围大于10毫米，精调使用压电致动器实现，最小移动小于0.5纳米，移动范围大于3微米，压电致动器侧面安装有应变计，反馈压电致动器的位置信息，实现精调范围内的精确定位。本发明可以更换夹具安装在夹具座上，可更换夹具可以是电测试探针座夹具、力学测试夹具、光纤夹具、温度探测器夹具，实现了对电学、力学、光学、温度、机械移动探针、探头座的夹持，可以实现电学、力学、光学、温度、机械移动探针、探头纳米尺度移动定位，实现了对微纳米尺度材料、器件的测试实验。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置的X轴结构示意图；

图2是本发明实施例提供的多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置的Y轴结构示意图；

图3是本发明实施例提供的多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置的Z轴结构示意图；

图中：1、Y轴底座；2、Y轴真空压电陶瓷直线马达；3、Y轴滑块导轨；4、Y轴滑块；5、X轴底座；6、X轴真空压电陶瓷直线马达；7、X轴滑块导轨；8、X轴滑块；9、Z轴底座；10、Z轴真空压电陶瓷直线马达；11、Z轴滑块导轨；12、Z轴滑块；13、Z轴精调支架；14、Z轴压电陶瓷致动器；15、X轴精调支架；16、X轴压电陶瓷致动器；17、Y轴精调支架；18、Y轴压电陶瓷致动器；19、夹具座；20、可更换夹具；21、探针座；22、探针；23、Z轴应变计；24、X轴应变计；25、Y轴应变计。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

请参阅图1-图3：

如图1-图3所示，本发明实施例的多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置主要由Y轴底座1、Y轴真空压电陶瓷直线马达2、Y轴滑块导轨3、Y轴滑块4、X轴底座5、X轴真空压电陶瓷直线马达6、X轴滑块导轨7、X轴滑块8、Z轴底座9、Z轴真空压电陶瓷直线马达10、Z轴滑块导轨11、Z轴滑块12、Z轴精调支架13、Z轴压电陶瓷致动器14、X轴精调支架15、X轴压电陶瓷致动器16、Y轴精调支架17、Y轴压电陶瓷致动器18、夹具座19、可更换夹具20、探针座21、探针22、Z轴应变计23、X轴应变计24、Y轴应变计25组成；

在Y轴底座上1安装Y轴真空压电陶瓷直线马达2和Y轴滑块导轨3，在Y轴滑块4上安装X轴底座5，在X轴底座5上安装X轴真空压电陶瓷直线马达6和X轴滑块导轨7，在X轴滑块8上安装Z轴底座9，在Z轴底座9上安装Z轴真空压电陶瓷直线马达10和Z轴滑块导轨11，Z轴精调支架13安装在Z轴滑块12上，Z轴压电陶瓷致动器14的一端安装在Z轴精调支架13，在Z轴压电陶瓷致动器14的另一端安装X轴精调支架15，X轴压电陶瓷致动器16的一端安装在X轴精调支架15上，在X轴压电陶瓷致动器16的另一端安装Y轴精调支架17，Y轴压电陶瓷致动器18的一端安装在Y轴精调支架17上，在Y轴压电陶瓷致动器18的另一端安装夹具座19，可更换夹具20安装在夹具座19上。X轴应变计25、Y轴应变计24、Z轴应变计23分别安装在X轴压电致动器16、Y轴压电致动器18、Z轴压电致动器14的侧面。

本发明针对目前在电子显微镜SEM、原子力显微镜AFM、离子束聚焦显微镜FIB环境缺乏对样品进行微纳米尺度移动、操作的测量实验装置的情况，提供了一种多移动平台三维直角坐标微纳米尺度移动、操作的测量实验装置，包括三轴真空压电陶瓷直线马达部分、三轴压电陶瓷致动器部分、三轴应变计部分、在夹具座上可以任意更换可更换夹具部分，移动平台支架安装于电子显微镜SEM、原子力显微镜AFM、离子束聚焦显微镜FIB的样品台支架上，或由移动平台支架A、移动平台支架B、移动平台支架C、移动平台支架D组成的移动平台支架安装于电子显微镜SEM、原子力显微镜AFM、离子束聚焦显微镜FIB侧壁上；在移动平台支架上安装各移动平台T的Y轴底座1，在Y轴底座上1安装Y轴真空压电陶瓷直线马达2和Y轴滑块导轨3，Y轴真空压电陶瓷直线马达2推动Y轴滑块4沿Y轴直线移动；在Y轴滑块4上安装X轴底座5，在X轴底座5上安装X轴真空压电陶瓷直线马达6和X轴滑块导轨7，X轴真空压电陶瓷直线马达6推动X轴滑块8沿X轴直线移动；在X轴滑块8上安装Z轴底座9，在Z轴底座9上安装Z轴真空压电陶瓷直线马达10和Z轴滑块导轨11，Z轴真空压电陶瓷直线马达10推动Z轴滑块12沿Z轴直线移动；Z轴精调支架13安装在Z轴滑块12上，Z轴压电陶瓷致动器14的一端安装在Z轴精调支架13，在Z轴压电陶瓷致动器14的另一端安装X轴精调支架15，Z轴压电陶瓷致动器14的形变产生Z轴方向的移动；X轴压电陶瓷致动器16的一端安装在X轴精调支架15上，在X轴压电陶瓷致动器16的另一端安装Y轴精调支架17，X轴压电陶瓷致动器16的形变产生X轴方向的移动；Y轴压电陶瓷致动器18的一端安装在Y轴精调支架17上，在Y轴压电陶瓷致动器18的另一端安装夹具座19，Y轴压电陶瓷致动器18的形变产生Y轴方向的移动；可更换夹具20安装在夹具座19上，可更换夹具20可以是电测试探针座夹具、力学测试夹具、光纤夹具、温度探测器夹具，实现对电学、力学、光学、温度、机械移动探针、探头座21的夹持；X轴应变计25、Y轴应变计24、Z轴应变计23分别安装在X轴压电致动器16、Y轴压电致动器18、Z轴压电致动器14的侧面；X轴压电致动器16、Y轴压电致动器18、Z轴压电致动器14受电产生形变，在X轴应变计25、Y轴应变计24、Z轴应变计23上就会产生相应的位置信息，实现精调闭环控制，达到1纳米的精确移动、定位。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置，其特征在于，该多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置包括：Y轴底座、Y轴真空压电陶瓷直线马达、Y轴滑块导轨、Y轴滑块、X轴底座、X轴真空压电陶瓷直线马达、X轴滑块导轨、X轴滑块、Z轴底座、Z轴真空压电陶瓷直线马达、Z轴滑块导轨、Z轴滑块、Z轴精调支架、Z轴压电陶瓷致动器、X轴精调支架、X轴压电陶瓷致动器、Y轴精调支架、Y轴压电陶瓷致动器、夹具座、可更换夹具、探针座、探针、Z轴应变计、X轴应变计、Y轴应变计；

2.如权利要求1所述的多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置，其特征在于，在Z轴压电陶瓷致动器侧面安装两片Z轴应变计，在X轴压电陶瓷致动器侧面安装两片X轴应变计，在Y轴压电陶瓷致动器侧面安装两片Y轴应变计。

3.如权利要求1所述的多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置，其特征在于，X轴真空压电陶瓷直线马达、Y轴真空压电陶瓷直线马达、Z轴真空压电陶瓷直线马达实现移动平台的三轴直角坐标移动，最小移动步进小于100 纳米。

4.如权利要求1所述的多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置，其特征在于，X轴压电陶瓷致动器、Y轴压电陶瓷致动器、Z轴压电陶瓷致动器和X轴应变计、Y轴应变计、Z轴应变计实现三维直角坐标的3微米移动范围的小于1纳米的精确移动、定位。

5.如权利要求1所述的多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置，其特征在于，更换的夹具可以采用电测试探针座夹具、力学测试夹具、光纤夹具、温度探测器夹具，所述夹具实现对电学、力学、光学、温度、机械移动探针、探头座的夹持。

6.如权利要求1所述的多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置，其特征在于，该多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置可以安装在扫描电子显微镜、原子力显微镜、离子束聚焦显微镜上。

7.如权利要求1所述的多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置，其特征在于，Y轴真空压电陶瓷直线马达、X轴真空压电陶瓷直线马达、X轴滑块导轨、X轴滑块Z轴真空压电陶瓷直线马达采用压电陶瓷材质。

8.如权利要求1所述的多移动平台微纳米尺度移动、样品操作装置，其特征在于，Z轴亚达陶瓷致动器、X轴亚达陶瓷致动器、Y轴亚达陶瓷致动器采用压电陶瓷材质。