CN105540537A - 一种纳米器件装配装置 - Google Patents

一种纳米器件装配装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105540537A
CN105540537A CN201610073881.9A CN201610073881A CN105540537A CN 105540537 A CN105540537 A CN 105540537A CN 201610073881 A CN201610073881 A CN 201610073881A CN 105540537 A CN105540537 A CN 105540537A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano
micro
piezoelectric motor
micromotion platform
nanometer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610073881.9A
Other languages
English (en)
Inventor
孙立宁
陈之超
杨湛
陈涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou University
Original Assignee
Suzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou University filed Critical Suzhou University
Priority to CN201610073881.9A priority Critical patent/CN105540537A/zh
Publication of CN105540537A publication Critical patent/CN105540537A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0004—Apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of nanostructural devices or systems or methods for manufacturing the same
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

一种纳米器件装配装置，其包括至少一个纳米机械手，所述纳米机械手包括三自由度运动的微动平台、设于微动平台上的微纳动夹持器以及控制微动平台实现三自由度运动的微纳压电电机。本发明在扫描电子显微镜样品真空室（10-4？Pa）内集成纳米操作机械手，在实时观察的基础上实现了单个或者多个（小于等于四个）纳米操作机械手操作，每个纳米操作机械手具有三个自由度，可以进行复杂的三维纳米器件装配操作，操作的精度最高可以达到30纳米。

Description

一种纳米器件装配装置
技术领域
本发明涉及微机电系统技术领域，具体的涉及一种纳米器件装配装置。
背景技术
纳米技术是推动21世纪人类社会节能降耗、绿色环保、智能便捷和健康生活方向发展的重要科学技术。纳米技术的核心是三维纳米器件制造技术。纳米三维器件的操作与装配具有显著的高精度、高鲁棒性和高可靠性特点，所以攻克三维纳米器件制造的技术难题是纳米制造中的重要问题和面临的最大挑战之一。因此设计装配纳米器件的机械装置，是很有发展前途的一项技术。
目前，基于原子力显微镜(AtomForceMicroscope，AFM)、扫描隧道显微镜(STM)等观测设备的纳米操作机械手已逐步实现了二维空间内的精确操作，然而受接触式扫描成像原理的限制，实时三维协同操作仍无法实现。另一方面，针对纳米器件的三维操作与装配，主要基于扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope,SEM)下的单手或双手操作完成。然而受显微镜观测空间限制，纳米机器人系统的精密度与灵活度不足，使三维纳米器件的加工组装成为纳米操作领域面临的巨大挑战；视觉反馈与力反馈受操作条件的限制，阻碍了纳米操作机械手的实时控制与精确定位，使纳米器件加工与操作难以实现自动化与工业化。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新型结构的纳米器件装配装置，以克服上述缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纳米器件装配装置，该装置能够实现包括纳米操作、纳米测量、纳米制作、纳米装配的功能，满足纳米器件制造的要求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种纳米器件装配装置，其包括至少一个纳米机械手，所述纳米机械手包括微动平台、设于微动平台上的微纳动夹持器以及控制微动平台多方向运动的微纳压电电机。
优选的，在上述纳米器件装配装置中，所述微纳压电电机包括X向微纳压电电机、Y向微纳压电电机以及Z向微纳压电电机，所述X向微纳压电电机、Y向微纳压电电机以及Z向微纳压电电机控制微动平台运动。
优选的，在上述纳米器件装配装置中，所述微动平台包括X向微动平台、Y向微动平台以及Z向微动平台，所述微动平台包括三个自由度。
优选的，在上述纳米器件装配装置中，所述微纳压电电机包括X向微纳压电电机、Y向微纳压电电机以及Z向微纳压电电机，所述X向微纳压电电机、Y向微纳压电电机以及Z向微纳压电电机分别控制X向微动平台、Y向微动平台以及Z向微动平台运动。
优选的，在上述纳米器件装配装置中，所述微纳动夹持器包括两个夹持臂。
优选的，在上述纳米器件装配装置中，所述纳米机械手上设有软排线以及原子力探针，所述原子力探针设于两个夹持臂之间并被两个夹持臂夹持。
从上述技术方案可以看出，本发明在扫描电子显微镜样品真空室(10-4Pa)内集成纳米操作机械手，在实时观察的基础上实现了单个或者多个(小于等于四个)纳米操作机械手操作，每个纳米操作机械手具有三个自由度，可以进行复杂的三维纳米器件装配操作，操作的精度最高可以达到30纳米。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)纳米操作机械手的微夹持器能够实现在扫描电子显微镜高度真空室内对原子力探针的拾取、夹持、释放，避免了操作时对夹持对象的损伤，纳米操作机械手的微动平台稳定、精确(精度可达30纳米)、高效地实现了整个微夹持器在真空的三维空间下的实时运动；
(2)基于SEM实时显微视觉的纳米操作机械手既可以单手(1至4号机械手)操作也可以多手之间协调工作，每个纳米操作机械手具有3个自由度，而整个装置具有12个自由度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明纳米器件装配装置的俯视图。
图2为本发明纳米器件装配装置的前视图。
图3为本发明纳米器件装配装置的仰视图。
图4为本发明纳米器件装配装置中纳米机械手的立体示意图。
图5为图4另一角度的示意图。
其中：100纳米器件装配装置；1、第一纳米机械手；2、第二纳米机械手；3、第三纳米机械手；4、第四纳米机械手；11、微动平台；12、微纳动夹持器12；121、夹持臂；122、软排线；123原子力探针123；13、X向微纳压电电机；14、Y向微纳压电电机；15、Z向微纳压电电机；16、X向微动平台；17、Y向微动平台；18、Z向微动平台。
具体实施方式
本发明公开了一种纳米器件装配装置，该装置能够实现包括纳米操作、纳米测量、纳米制作、纳米装配的功能，满足纳米器件制造的要求。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，本发明所设计的一种纳米器件装配装置100其包括至少一个纳米机械手，图1至图3为本发明纳米器件装配装置100具有四个纳米机械手的实施例。所述纳米器件装配装置100包括第一纳米机械手1、第二纳米机械手2、第三纳米机械手3以及第四纳米机械手4。通过采用第一至第四个纳米操作机械手的互相配合操作，能够实现如下策略模式：拾取、在线检测、切割、位姿调整、对准与放置、固定、释放、在线评估，从而实现了纳米器件的串行式加工。
如图4所示，所述纳米机械手包括微动平台11、设于微动平台11上的微纳动夹持器12以及控制微动平台11多方向运动的微纳压电电机。所述微纳压电电机包括X向微纳压电电机13、Y向微纳压电电机14以及Z向微纳压电电机15，所述X向微纳压电电机13、Y向微纳压电电机14以及Z向微纳压电电机15控制微动平台11运动。纳米操作机械手的微动平台稳定、精确(精度可达30纳米)、高效地实现了整个微夹持器在真空的三维空间下的实时运动，每个纳米操作机械手具有3个自由度，而整个装置具有12个自由度。本发明可以高效对三维纳米器件进行装配操作，操作对象不受基底影响。在本发明的该实施例中，微动平台可以为一个X向微纳压电电机13、Y向微纳压电电机14以及Z向微纳压电电机15控制微动平台11运动。
当然，在本发明的其他实施例中，微动平台11可以包括多个，如图5所示，微动平台包括X向微动平台16、Y向微动平台17以及Z向微动平台18，所述微动平台包括三个自由度。如图4所示，所述微纳压电电机包括X向微纳压电电机13、Y向微纳压电电机14以及Z向微纳压电电机15，所述X向微纳压电电机13控制X向微动平台16运动，所述Y向微纳压电电机14控制Y向微动平台17运动，所述Z向微纳压电电机15控制Z向微动平台18运动。
如图4及图5所示，所述微纳动夹持器12包括两个夹持臂121。所述纳米机械手上设有软排线122以及原子力探针123，所述原子力探针123设于两个夹持臂121之间并被两个夹持臂121夹持。
本发明纳米器件装配装置可以高效对三维纳米器件进行装配操作，操作对象不受基底影响。
本发明在扫描电子显微镜样品真空室(10-4Pa)内集成纳米操作机械手，在实时观察的基础上实现了单个或者多个(小于等于四个)纳米操作机械手操作，每个纳米操作机械手具有三个自由度，可以进行复杂的三维纳米器件装配操作，操作的精度最高可以达到30纳米。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)纳米操作机械手的微夹持器能够实现在扫描电子显微镜高度真空室内对原子力探针的拾取、夹持、释放，避免了操作时对夹持对象的损伤。纳米操作机械手的微动平台稳定、精确(精度可达30纳米)、高效地实现了整个微夹持器在真空的三维空间下的实时运动；
(2)基于SEM实时显微视觉的纳米操作机械手既可以单手(1至4号机械手)操作也可以多手之间协调工作，每个纳米操作机械手具有3个自由度，而整个装置具有12个自由度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种纳米器件装配装置，其包括至少一个纳米机械手，其特征在于：所述纳米机械手包括微动平台、设于微动平台上的微纳动夹持器以及控制微动平台多方向运动的微纳压电电机。
2.根据权利要求1所述的纳米器件装配装置，其特征在于：所述微纳压电电机包括X向微纳压电电机、Y向微纳压电电机以及Z向微纳压电电机，所述X向微纳压电电机、Y向微纳压电电机以及Z向微纳压电电机控制微动平台运动。
3.根据权利要求1所述的纳米器件装配装置，其特征在于：所述微动平台包括X向微动平台、Y向微动平台以及Z向微动平台，所述微动平台包括三个自由度。
4.根据权利要求3所述的纳米器件装配装置，其特征在于：所述微纳压电电机包括X向微纳压电电机、Y向微纳压电电机以及Z向微纳压电电机，所述X向微纳压电电机、Y向微纳压电电机以及Z向微纳压电电机分别控制X向微动平台、Y向微动平台以及Z向微动平台运动。
5.根据权利要求1至4任一所述的纳米器件装配装置，其特征在于：所述微纳动夹持器包括两个夹持臂。
6.根据权利要求5所述的纳米器件装配装置，其特征在于：所述纳米机械手上设有软排线以及原子力探针，所述原子力探针设于两个夹持臂之间并被两个夹持臂夹持。
CN201610073881.9A 2016-02-03 2016-02-03 一种纳米器件装配装置 Pending CN105540537A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610073881.9A CN105540537A (zh) 2016-02-03 2016-02-03 一种纳米器件装配装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610073881.9A CN105540537A (zh) 2016-02-03 2016-02-03 一种纳米器件装配装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105540537A true CN105540537A (zh) 2016-05-04

Family

ID=55820176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610073881.9A Pending CN105540537A (zh) 2016-02-03 2016-02-03 一种纳米器件装配装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105540537A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106113028A (zh) * 2016-07-06 2016-11-16 山东大学 一种多驱动三自由度的板簧型微纳操作平台及方法
CN109502543A (zh) * 2018-12-29 2019-03-22 哈尔滨工业大学 一种纳米操作装置
CN110896018A (zh) * 2019-12-20 2020-03-20 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 具备双机械手的扫描电子显微镜样品台

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1662839A (zh) * 2002-06-17 2005-08-31 塞威公司 用于对由显微镜进行研究的试样执行操作的模块操作系统
CN103056887A (zh) * 2013-01-17 2013-04-24 苏州大学 一种多指型微夹持器
CN203031601U (zh) * 2013-01-17 2013-07-03 苏州大学 一种多指型微夹持器
CN104774758A (zh) * 2015-04-24 2015-07-15 苏州大学 一种成骨细胞单细胞激励与检测的mems系统
CN104774759A (zh) * 2015-04-24 2015-07-15 苏州大学 一种成骨细胞单细胞激励与检测的操作手结构
CN204608007U (zh) * 2015-04-24 2015-09-02 苏州大学 一种成骨细胞单细胞激励与检测的操作手结构
CN105225910A (zh) * 2015-09-25 2016-01-06 苏州大学张家港工业技术研究院 基于扫描电子显微镜的微操作系统
CN205575625U (zh) * 2016-02-03 2016-09-14 苏州大学 一种纳米器件装配装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1662839A (zh) * 2002-06-17 2005-08-31 塞威公司 用于对由显微镜进行研究的试样执行操作的模块操作系统
CN103056887A (zh) * 2013-01-17 2013-04-24 苏州大学 一种多指型微夹持器
CN203031601U (zh) * 2013-01-17 2013-07-03 苏州大学 一种多指型微夹持器
CN104774758A (zh) * 2015-04-24 2015-07-15 苏州大学 一种成骨细胞单细胞激励与检测的mems系统
CN104774759A (zh) * 2015-04-24 2015-07-15 苏州大学 一种成骨细胞单细胞激励与检测的操作手结构
CN204608007U (zh) * 2015-04-24 2015-09-02 苏州大学 一种成骨细胞单细胞激励与检测的操作手结构
CN105225910A (zh) * 2015-09-25 2016-01-06 苏州大学张家港工业技术研究院 基于扫描电子显微镜的微操作系统
CN205575625U (zh) * 2016-02-03 2016-09-14 苏州大学 一种纳米器件装配装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ADITYA N. DAS, RAKESH MURTHY, DAN O. POPA, ET AL.: "A Multiscale Assembly and Packaging System for Manufacturing of Complex Micro-Nano Devices.", 《IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATION SCIENCE AND ENGINEERING》 *
CEDRIC CLEVY, ARNAUD HUBERT, JOEL AGNUS, ET AL.: "A micromanipulation cell including a tool changer.", 《J. MICROMECH. MICROENG.》 *
刘锦勇, 杨湛, 陈涛, 孙立宁.: "面向三维组装的微纳平台设计与研究.", 《压电与声光》 *
宋宇.: "面向微操作的微小型机器人视觉伺服技术研究.", 《中国博士学位论文全文数据库信息科技辑》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106113028A (zh) * 2016-07-06 2016-11-16 山东大学 一种多驱动三自由度的板簧型微纳操作平台及方法
CN106113028B (zh) * 2016-07-06 2018-07-24 山东大学 一种多驱动三自由度的板簧型微纳操作平台及方法
CN109502543A (zh) * 2018-12-29 2019-03-22 哈尔滨工业大学 一种纳米操作装置
CN110896018A (zh) * 2019-12-20 2020-03-20 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 具备双机械手的扫描电子显微镜样品台
WO2021120547A1 (zh) * 2019-12-20 2021-06-24 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 具备双机械手的扫描电子显微镜样品台

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wason et al. Automated multiprobe microassembly using vision feedback
Ru et al. Automated four-point probe measurement of nanowires inside a scanning electron microscope
Agnus et al. Robotic microassembly and micromanipulation at FEMTO-ST
Fatikow et al. Microrobot system for automatic nanohandling inside a scanning electron microscope
Ando et al. Development of micromanipulator and haptic interface for networked micromanipulation
Das et al. μ 3: Multiscale, deterministic micro-nano assembly system for construction of on-wafer microrobots
CN100446939C (zh) 一种宏/微结合的12自由度微装配系统
Sato et al. Novel manipulator for micro object handling as interface between micro and human worlds
CN105540537A (zh) 一种纳米器件装配装置
Lambert et al. A novel parallel haptic device with 7 degrees of freedom
CN108020252B (zh) 样品台、微观观察装置和样品台调整方法
Fatikow Automated micromanipulation desktop station based on mobile piezoelectric microrobots
CN205575625U (zh) 一种纳米器件装配装置
Škorc et al. Position control with parameter adaptation for a nano-robotic cell
JP2002103298A (ja) 電子顕微鏡
Ando et al. Networked telemicromanipulation systems" haptic loupe"
WO2021120547A1 (zh) 具备双机械手的扫描电子显微镜样品台
JP2006205344A (ja) マイクロマニュピュレータ
Zhang et al. Design and characterization of solid articulated four axes microrobot for microfactory applications
Bolopion et al. Stable haptic feedback based on a dynamic vision sensor for microrobotics
Fatikow et al. Microrobot system for automatic nanohandling inside a scanning electron microscope
Tiemerding et al. Robotic dual probe setup for reliable pick and place processing on the nanoscale using haptic devices
Warn et al. Machine Vision Tracking and Automation of a Microrobot (sAFAM)
Kunt et al. Design and development of workstation for microparts manipulation and assembly
Johansson Micromanipulation for micro-and nanomanufacturing

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160504

RJ01 Rejection of invention patent application after publication