RU2056666C1

RU2056666C1 - Micro manipulator for precise positioning of probe

Info

Publication number: RU2056666C1
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Дуров; Сергей Леонидович Прядкин
Original assignee: Александр Викторович Дуров; Сергей Леонидович Прядкин
Priority date: 1992-09-23
Filing date: 1992-09-23
Publication date: 1996-03-20

Abstract

FIELD: manipulators for electron microscopes. SUBSTANCE: device has plate, which is positioned in horizontal direction, at least three piezoelectric kinematic members, at least one scanning piezoelectric member. Center of gravity in all piezoelectric kinematic members is shifted with respect to horizontal surface. Supporting-pressing unit is attached to scanning piezoelectric member. Said unit holds probe handle so that it slides in vertical direction with respect to supports of supporting-pressing unit when it is exposed to pressure. In addition said probe handle of device provides possibility to mount to it probe of tunnel microscope as well probe of atom-gun microscope. EFFECT: probe is moved not only in horizontal direction but also in vertical one without loss of precision, device provides decreased requirements for precision of horizontal leveling. 5 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для точного дистанционного позиционирования зонда и может быть использовано в приборах для локального анализа поверхностей, например в туннельном или атомно-силовом микроскопах. The invention relates to devices for accurate remote positioning of the probe and can be used in devices for local analysis of surfaces, for example, in tunnel or atomic force microscopes.

Известен позиционер [1] содержащий горизонтальное основание, четыре пьезоэлектрических кинематических элемента, выполненных в виде трубок, размещенных параллельно и симметрично относительно вертикальной оси основания, каретку с объектодержателем, установленную со стороны подвижной части кинематических элементов с возможностью проскальзывания относительно поверхности направляющего элемента, выполненного в виде пластины, жестко закрепленной на подвижных концах пьезоэлектрических трубок. Known positioner [1] containing a horizontal base, four piezoelectric kinematic elements made in the form of tubes placed parallel and symmetrically to the vertical axis of the base, a carriage with an object holder mounted on the side of the moving part of the kinematic elements with the possibility of slipping relative to the surface of the guide element, made in the form a plate rigidly fixed to the moving ends of the piezoelectric tubes.

Конструктивное решение позиционера не позволяет осуществлять позиционирование в вертикальном направлении, и размер исследуемых образцов ограничен его габаритами. The constructive solution of the positioner does not allow positioning in the vertical direction, and the size of the test samples is limited by its dimensions.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является микроманипулятор [2] содержащий по крайней мере один служащий опорой для образца или его держателя или опирающийся на них пьезоэлектрический кинематический элемент, жестко прикрепленный к горизонтальному основанию, предназначенный для выполнения перемещений в плоскости образца, а также сканирующий элемент. The closest to the invention in technical essence is a micromanipulator [2] containing at least one serving as a support for the sample or its holder, or resting on them a piezoelectric kinematic element, rigidly attached to a horizontal base, designed to perform movements in the plane of the sample, as well as a scanning element .

Прототип не приспособлен для выполнения позиционирования зонда в вертикальном направлении, а также требует повышенной точности юстировки горизонтальной поверхности, на которой держится образец. The prototype is not suitable for performing probe positioning in the vertical direction, and also requires increased accuracy of alignment of the horizontal surface on which the sample is held.

Изобретение решает задачу создания микроманипулятора для позиционирования зонда не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальном направлении без ухудшения параметров устройства, а также задачу уменьшения жесткости требований, предъявляемых к юстировке горизонтальной поверхности. The invention solves the problem of creating a micromanipulator for positioning the probe not only in the horizontal plane, but also in the vertical direction without deterioration of the device parameters, as well as the task of reducing the rigidity of the requirements for adjusting the horizontal surface.

В предлагаемом микроманипуляторе, содержащем пластину, располагающуюся горизонтально, по крайней мере три пьезоэлектрических кинематических элемента, первыми концами жестко прикрепленных к пластине, вторыми концами опирающихся на горизонтальную поверхность, способных деформироваться под воздействием определенным образом приложенных к ним напряжений так, чтобы осуществлять смещение вторых незакрепленных концов относительно горизонтальной пластины в трех взаимно перпендикулярных направлениях, по крайней мере один сканирующий пьезоэлектрический элемент, первым концом жестко прикрепленный к пластине и способный деформироваться под воздействием определенным образом приложенных к нему напряжений так, чтобы осуществлять смещение второго незакрепленного конца относительно горизонтальной поверхности в трех взаимно перпендикулярных направлениях, эта задача решается за счет того, что у всех пьезоэлектрических кинематических элементов центр тяжести смещен по направлению к горизонтальной поверхности так, чтобы при деформации пьезоэлектрических кинематических элементов вдоль вертикальной оси смещение центра тяжести микроманипулятора, опирающегося на горизонтальную неподвижную поверхность, вдоль этой оси было незначительно по сравнению с изменением размера пьезоэлектрического кинематического элемента вдоль вертикальной оси, к сканирующему пьезоэлектрическому элементу прикреплено опорно-прижимное устройство, удерживающее держатель зонда так, что при приложении к держателю соответствующего усилия он может проскальзывать в вертикальном направлении относительно опор опорно-прижимного устройства. In the proposed micromanipulator containing a plate horizontally at least three piezoelectric kinematic elements, the first ends of which are rigidly attached to the plate, the second ends resting on a horizontal surface, capable of deforming under the influence of stresses applied in a certain way so as to displace the second loose ends relative to a horizontal plate in three mutually perpendicular directions, at least one scanning pie a zoelectric element, the first end is rigidly attached to the plate and capable of deforming under the action of stresses applied in a certain way so as to displace the second non-fixed end relative to the horizontal surface in three mutually perpendicular directions, this problem is solved due to the fact that for all piezoelectric kinematic elements the center of gravity is shifted towards the horizontal surface so that when the piezoelectric kinematic electrons are deformed For example, along the vertical axis, the displacement of the center of gravity of the micromanipulator, which rests on a horizontal stationary surface, along this axis was insignificant compared to the change in the size of the piezoelectric kinematic element along the vertical axis, a support-clamping device attached to the scanning piezoelectric element holding the probe holder so that when applying the probe to the holder of the corresponding effort, he can slip in the vertical direction relative to the supports of the supporting-clamping device oystva.

В частных случаях реализации микроманипулятора каждый пьезоэлектрический кинематический элемент может быть выполнен в виде трубчатого пьезоэлемента, жестко соединенного с утяжеленным по сравнению с ним основанием, опорно-прижимное устройство может содержать по крайней мере четыре шарообразные опоры, на которых с помощью прижимного механизма удерживается держатель зонда, выполненный в форме цилиндра, к торцу держателя зонда может быть прикреплен манипуляционный столик, содержащий пластину с завинченными в нее винтами, к концам которых прижимается шайба с помощью закрепленных на пластине пружин, и пьезоэлемент, жестко прикрепленный к пластине, к шайбе крепится оптическое волокно интерферометрического или плоский электрод емкостного датчиков, миниатюрный механический резонатор устанавливается на пьезоэлементе, а также электроды каждого пьезоэлектрического кинематического элемента могут быть соединены со схемой управления, обеспечивающей раздельное управление пьезоэлектрическими кинематическими элементами. In particular cases of the implementation of the micromanipulator, each piezoelectric kinematic element can be made in the form of a tubular piezoelectric element rigidly connected to a base heavier than that, the support-clamping device can contain at least four ball-shaped supports on which the probe holder is held using the clamping mechanism, made in the form of a cylinder, a manipulation table containing a plate with screws screwed into it can be attached to the ends of the probe holder, to the ends of which the washer is pressed by means of springs fixed on the plate, and the piezoelectric element rigidly attached to the plate, an optical fiber of an interferometric or flat electrode of capacitive sensors is attached to the washer, a miniature mechanical resonator is mounted on the piezoelectric element, and the electrodes of each piezoelectric kinematic element can be connected to the control circuit providing separate control of piezoelectric kinematic elements.

За счет того, что в предлагаемом устройстве держатель зонда не жестко крепится на специальных опорах, что позволяет ему осуществлять инерционное движение в вертикальном направлении, позиционирование зонда может осуществляться в вертикальном направлении и при этом благодаря переносу центра тяжести устройства в нижние (подвижные) концы пьезоэлектрических кинематических элементов вся конструкция остается неподвижной, что приводит к расширению эксплуатационных возможностей микроманипулятора. Помимо этого, возможность поочередного перемещения оснований пьезоэлектрических кинематических элементов при движении по горизонтальной поверхности и смещение центра тяжести устройства по направлению к подвижным концам пьезоэлектрических кинематических элементов позволяют снизить требования к юстировке горизонтальной поверхности, по которой осуществляется движение микроманипулятора. Кроме того, предложенное устройство позволяет устанавливать в держатель зонда как зонд туннельного микроскопа, так и зонд атомно-силового микроскопа. Due to the fact that in the proposed device, the probe holder is not rigidly mounted on special supports, which allows it to carry out inertial movement in the vertical direction, the probe can be positioned in the vertical direction, and due to the transfer of the center of gravity of the device to the lower (movable) ends of the piezoelectric kinematic elements, the entire structure remains motionless, which leads to the expansion of the operational capabilities of the micromanipulator. In addition, the possibility of alternately moving the bases of the piezoelectric kinematic elements when moving along a horizontal surface and shifting the center of gravity of the device towards the moving ends of the piezoelectric kinematic elements can reduce the requirements for adjusting the horizontal surface along which the micromanipulator moves. In addition, the proposed device allows you to install in the probe holder as a probe of a tunneling microscope, and a probe of an atomic force microscope.

На фиг.1 изображен микроманипулятор, общий вид; на фиг.2 и 3 один из вариантов пьезоэлектрического кинематического элемента; на фиг.4 и 5 сканирующий пьезоэлектрический элемент с опорно-прижимным устройством и держателем зонда; на фиг.6 манипуляционный столик зонда при использовании микроманипулятора в составе атомно-силового микроскопа с интерферометрическим зондом; на фиг. 7 манипуляционный столик при использовании микроманипулятора в составе атомно-силового микроскопа с емкостным зондом; на фиг.8 показана диаграмма перемещений оснований пьезоэлектрических кинематических элементов относительно горизонтальной пластины при пошаговом движении вдоль горизонтальной плоскости; на фиг.9 диаграмма изменения длины пьезоэлектрических кинематических элементов при шаговом движении в вертикальном направлении. Figure 1 shows the micromanipulator, a General view; in Fig.2 and 3, one of the variants of the piezoelectric kinematic element; 4 and 5, a scanning piezoelectric element with a support-clamping device and a probe holder; Fig.6 manipulation stage of the probe when using a micromanipulator as part of an atomic force microscope with an interferometric probe; in FIG. 7 manipulation table when using a micromanipulator as part of an atomic force microscope with a capacitive probe; on Fig shows a diagram of movements of the bases of the piezoelectric kinematic elements relative to the horizontal plate with stepwise movement along the horizontal plane; Fig.9 diagram of changes in the length of the piezoelectric kinematic elements during stepwise movement in the vertical direction.

Микроманипулятор содержит пластину 1, к которой жестко прикреплены три пьезоэлектрических кинематических элемента 2 и сканирующий пьезоэлектрический элемент 3, к которому жестко прикреплено опорно-прижимное устройство 4 с держателем 5 зонда, и устанавливается на горизонтальной поверхности 6, являющейся поверхностью исследуемого образца в случае гладкого плоского образца больших размеров, например кремниевой пластины или жесткого магнитного диска, или поверхностью, на которой закреплен держатель 7 образца, либо поверхностью плоской подставки, устанавливаемой на исследуемую шероховатую поверхность, к которой подводится зонд через сделанное в этой подставке отверстие. The micromanipulator contains a plate 1 to which three piezoelectric kinematic elements 2 are rigidly attached and a scanning piezoelectric element 3 to which a support-clamping device 4 with a probe holder 5 is rigidly attached and is mounted on a horizontal surface 6, which is the surface of the test sample in the case of a smooth flat sample large sizes, for example a silicon wafer or a hard magnetic disk, or the surface on which the sample holder 7 is attached, or a surface flat under a bet placed on the studied rough surface, to which the probe is fed through the hole made in this stand.

Каждый пьезоэлектрический кинематический элемент 2 (фиг.2 и 3) выполнен в виде трубчатого пьезоэлемента 8 с нанесенными на него внутренним 9 и внешним 10 электродами, соединенного с утяжеленным по сравнению с массой трубчатого пьезоэлемента 8 основанием 11, имеющим форму конуса с закругленной вершиной. Один из электродов (на фиг. 2 это внешний электрод 10) разделен на изолированные друг от друга четыре симметрично расположенные относительно вертикальной оси части. Each piezoelectric kinematic element 2 (FIGS. 2 and 3) is made in the form of a tubular piezoelectric element 8 with an internal 9 and external 10 electrodes deposited on it, connected to a base 11 heavier than the mass of the tubular piezoelectric element 8, having a conical shape with a rounded apex. One of the electrodes (in Fig. 2 is the external electrode 10) is divided into four parts that are symmetrically located relative to the vertical axis and are isolated from each other.

Сканирующий пьезоэлектрический элемент 3 (фиг.4 и 5) выполнен в виде трубчатого пьезоэлемента 8, и к нему прикреплено опорно-прижимное устройство 4. Опорно-прижимное устройство 4 выполнено в виде кольца 12 с прикрепленной к нему подставкой 13, к которой прикреплены четыре шаровые опоры 14, на которых удерживается держатель 5 зонда, имеющий форму цилиндра. Держатель зонда удерживается на опорах 14 за счет того, что опорно-прижимное устройство 4 снабжено прижимным механизмом 15, прикрепленным к подставке 13, выполненным в виде постоянного магнита (в этом случае держатель зонда изготавливается, например, из стали). В случае недопустимости магнитных полей вблизи зонда вместо постоянного магнита может устанавливаться специальный пружинный механизм. The scanning piezoelectric element 3 (Figs. 4 and 5) is made in the form of a tubular piezoelectric element 8, and a support-clamping device 4 is attached to it. The support-clamping device 4 is made in the form of a ring 12 with a stand 13 attached to it, to which four ball supports 14 on which the holder 5 of the probe, which is in the form of a cylinder, is held. The probe holder is held on the supports 14 due to the fact that the support-clamping device 4 is equipped with a clamping mechanism 15 attached to the stand 13, made in the form of a permanent magnet (in this case, the probe holder is made, for example, of steel). In the case of inadmissibility of magnetic fields near the probe, a special spring mechanism can be installed instead of a permanent magnet.

Когда микроманипулятор используется в составе сканирующего туннельного микроскопа в качестве зонда в держатель 5 устанавливается туннельная игла. When the micromanipulator is used as part of a scanning tunneling microscope, a tunnel needle is mounted in the holder 5 as a probe.

В случае использования микроманипулятора в составе атомно-силового микроскопа к держателю 5 зонда прикреплен манипуляционный столик 16, предназначенный для точного подвода и юстировки торца оптического волокна или электрода емкостного датчика к миниатюрному механическому резонатору. Манипуляционный столик 16 содержит пластину 17 с завинченными в нее винтами 18, концы которых опираются на шайбу 19, прижатую к ним с помощью закрепленных на пластине 17 пружин, и пьезоэлемент 21, закрепленный на пластине 17. На пьезоэлементе 21 устанавливается миниатюрный механический резонатор 22, а к шайбе 19 крепится оптическое волокно 23 интерферометрического датчика или плоский электрод 24 емкостного датчика. Винты 18 служат для регулировки положения торца оптического волокна или электрода относительно механического резонатора 22 при настройке системы детектирования колебаний резонатора 22, являющейся частью атомно-силового микроскопа. In the case of using a micromanipulator as part of an atomic force microscope, a manipulation stage 16 is attached to the probe holder 5, which is designed to accurately supply and align the end of the optical fiber or capacitive sensor electrode to a miniature mechanical resonator. The manipulation table 16 contains a plate 17 with screws 18 screwed into it, the ends of which rest on a washer 19, pressed against them by means of springs fixed on the plate 17, and a piezoelectric element 21 mounted on the plate 17. A miniature mechanical resonator 22 is mounted on the piezoelectric element 21, and An optical fiber 23 of an interferometric sensor or a flat electrode 24 of a capacitive sensor is attached to the washer 19. The screws 18 are used to adjust the position of the end of the optical fiber or electrode relative to the mechanical resonator 22 when setting up the vibration detection system of the resonator 22, which is part of an atomic force microscope.

Микроманипулятор работает следующим образом. The micromanipulator works as follows.

Микроманипулятор обеспечивает шаговое перемещение зонда относительно исследуемой поверхности во взаимно перпендикулярных направлениях осей X, Y, Z (оси Х и Y лежат в плоскости исследуемой поверхности, а ось Z перпендикулярна ей). Причем перемещение во всех трех направлениях может происходить независимо. В направлениях осей Х и Y расстояния, на которые могут производиться перемещения, ограничиваются только размером поверхности 6, по которой движется микроманипулятор. Вдоль оси Z расстояние, на которое может быть произведено перемещение зонда, ограничивается размером держателя 5 зонда и обычно составляет несколько миллиметров. The micromanipulator provides step-by-step movement of the probe relative to the test surface in mutually perpendicular directions of the X, Y, Z axes (the X and Y axes lie in the plane of the test surface, and the Z axis is perpendicular to it). Moreover, movement in all three directions can occur independently. In the directions of the X and Y axes, the distances to which movements can be made are limited only by the size of the surface 6 along which the micromanipulator moves. Along the Z axis, the distance over which the probe can be moved is limited by the size of the probe holder 5 and is usually a few millimeters.

Шаговое движение в плоскости осей X, Y осуществляется посредством подачи пилообразных импульсов напряжения на электроды 10 относительно электродов 9 пьезоэлектрических кинематических элементов 2. При шаговом движении микроманипулятора вдоль оси Х диаграмма перемещений нижних точек оснований 11 пьезоэлектрических кинематических элементов 2 относительно пластины 1 вдоль оси Х приведена на фиг.8. При этом перемещение основания 11 каждого пьезоэлектрического кинематического элемента 2 вызывается подачей напряжения равной амплитуды, но разных знаков на соответствующую движению вдоль оси Х пару изолированных друг от друга противоположных частей электрода 10 относительно электрода 9. The stepwise movement in the plane of the X, Y axes is carried out by applying sawtooth voltage pulses to the electrodes 10 relative to the electrodes 9 of the piezoelectric kinematic elements 2. With the stepwise movement of the micromanipulator along the X axis, the movement diagram of the lower points of the bases 11 of the piezoelectric kinematic elements 2 relative to the plate 1 along the X axis is shown in Fig.8. In this case, the movement of the base 11 of each piezoelectric kinematic element 2 is caused by applying a voltage of equal amplitude but different signs to the pair of opposite parts of the electrode 10 isolated from each other relative to the electrode 9 corresponding to the movement along the X axis.

В момент Т(0) все три пьезоэлектрических кинематических элемента 2 находятся в начальном положении относительно пластины 1. За время с Т(0) по Т'(0) все три пьезоэлектрических кинематических элемента 2 перемещают свои основания 11 относительно пластины 1 вдоль оси Х. При этом основания 11 остаются неподвижными относительно поверхности 6, в то время как пластина 1 плавно смещается относительно поверхности 6. Далее в момент времени Т(1) первый пьезоэлектрический кинематический элемент 2 резко смещает свое основание 11 в начальное положение относительно пластины 1, при этом его основание 11 проскальзывает относительно поверхности 6 вдоль оси Х. Такое проскальзывание основания 11 пьезоэлектрического кинематического элемента 2 относительно поверхности 6 обусловлено тем, что масса одного пьезоэлектрического кинематического элемента 2 более чем в 2 раза меньше массы остальной части микроманипулятора, которая поэтому более инерционна, а также удерживается большей силой трения. В момент Т(2) аналогично происходит проскальзывание основания 11 второго пьезоэлектрического кинематического элемента 2, а в момент Т(3) третьего. Таким образом, за время Т*, Т* Т(3) Т(0) происходит перемещение микроманипулятора относительно поверхности 6 на один шаг вдоль оси Х. At the moment T (0), all three piezoelectric kinematic elements 2 are in the initial position relative to the plate 1. During the time from T (0) along T '(0), all three piezoelectric kinematic elements 2 move their bases 11 relative to the plate 1 along the X axis. In this case, the bases 11 remain stationary relative to the surface 6, while the plate 1 smoothly shifts relative to the surface 6. Then, at time T (1), the first piezoelectric kinematic element 2 sharply shifts its base 11 to the initial position of the relative but the plate 1, while its base 11 slides relative to the surface 6 along the X axis. Such a slip of the base 11 of the piezoelectric kinematic element 2 relative to the surface 6 is due to the fact that the mass of one piezoelectric kinematic element 2 is more than 2 times less than the mass of the rest of the micromanipulator, which therefore, it is more inertial and is also held by a greater friction force. At the moment T (2), the base 11 of the second piezoelectric kinematic element 2 slides similarly, and at the moment T (3) the third. Thus, during the time T *, T * T (3) T (0), the micromanipulator moves relative to surface 6 by one step along the X axis.

Перемещение вдоль оси Y происходит аналогично. Важно отметить, что поочередное импульсное перемещение оснований 11 при шагании позволяет понизить требования к горизонтальности расположения поверхности 6 по сравнению со случаем одновременного импульсного перемещения оснований. Это объясняется тем, что при поочередном перемещении силы трения в неподвижных опорах препятствуют перемещению микроманипулятора в направлении наклона поверхности 6 под действием силы скатывания. Moving along the Y axis is similar. It is important to note that the alternate pulsed movement of the bases 11 when walking allows you to reduce the requirements for the horizontal position of the surface 6 compared with the case of simultaneous pulsed movement of the bases. This is due to the fact that when alternately moving the friction forces in the fixed supports prevent the movement of the micromanipulator in the direction of inclination of the surface 6 under the action of the rolling force.

Шаговое движение держателя 5 зонда вдоль оси Z относительно опорно-прижимного устройства 4 осуществляется путем подачи пилообразных импульсов напряжения одинаковой амплитуды и одной полярности на электроды 10 относительно электродов 9 пьезоэлектрических кинематических элементов 2 одновременно. На фиг.9 приведена диаграмма изменения длины каждого пьезоэлектрического кинематического элемента 2. За время T' T'(0) T(0) происходит плавное изменение длины всех пьезоэлектрических кинематических элементов 2, и держатель 5 зонда вместе с опорно-прижимным устройством 4 перемещается относительно поверхности 6 вдоль оси Z. Затем происходит резкий спад напряжения на электродах 10 всех пьезоэлектрических кинематических элементов 2 и соответственно резкое изменение их длины, что приводит к резкому смещению опорно-прижимного устройства относительно поверхности 6, и держатель 5 зонда проскальзывает относительно опор 14 опорно-прижимного устройства 4 за счет силы инерции так, что в момент времени T(f) держатель 5 зонда смещается относительно своего первоначального положения в момент времени Т(0) вдоль оси Z. Направление перемещения зонда вверх или вниз зависит от полярности подаваемых на электроды 10 напряжений. The stepwise movement of the probe holder 5 along the Z axis relative to the support-clamping device 4 is carried out by applying sawtooth voltage pulses of the same amplitude and one polarity to the electrodes 10 relative to the electrodes 9 of the piezoelectric kinematic elements 2 simultaneously. Figure 9 shows a diagram of the change in length of each piezoelectric kinematic element 2. During the time T 'T' (0) T (0), a smooth change in the length of all piezoelectric kinematic elements 2 occurs, and the probe holder 5 together with the support-clamping device 4 moves relative to surface 6 along the Z axis. Then there is a sharp decrease in voltage at the electrodes 10 of all piezoelectric kinematic elements 2 and, accordingly, a sharp change in their length, which leads to a sharp displacement of the support-clamping device relative about the surface 6, and the probe holder 5 slides relative to the supports 14 of the support-clamping device 4 due to inertia so that at time T (f), the probe holder 5 is displaced relative to its original position at time T (0) along the Z axis. The direction of movement of the probe up or down depends on the polarity of the voltage applied to the electrodes 10.

Масса оснований 11 пьезоэлектрических кинематических элементов 2 выбирается такой, чтобы она превышала массу остальной части микроманипулятора более чем в 2 раза. При резком сокращении длины пьезоэлектрических кинематических элементов 2, требуемом для проскальзывания держателя 5 зонда вдоль вертикальной оси, такое соотношение масс обеспечивает сохранение касания опор микроманипулятора поверхности 6 и его неподвижность в горизонтальной плоскости. The mass of the bases 11 of the piezoelectric kinematic elements 2 is selected so that it exceeds the mass of the rest of the micromanipulator by more than 2 times. With a sharp reduction in the length of the piezoelectric kinematic elements 2 required to slip the probe holder 5 along the vertical axis, this mass ratio ensures that the supports of the micromanipulator surface 6 are kept in contact and its immobility in the horizontal plane.

После шагового подвода зонда достаточно близко к исследуемой поверхности 6 можно осуществлять сканирование положения зонда в плоскости XY и регулировать его положение по вертикали путем подачи напряжений на электроды 9, 10 сканирующего пьезоэлектрического элемента 3. Для обзора максимально больших участков поверхности при сканировании используются также пьезоэлектрические кинематические элементы 2. При использовании одинаковых трубчатых пьезоэлементов 8 это более чем в 2 раза повышает размер окна сканирования. After the probe’s step-by-step approach, close enough to the test surface 6, it is possible to scan the probe’s position in the XY plane and adjust its vertical position by applying voltages to the electrodes 9, 10 of the scanning piezoelectric element 3. Piezoelectric kinematic elements are also used to scan the largest surface areas during scanning 2. When using the same tubular piezoelectric elements 8, this more than 2 times increases the size of the scan window.

Claims

1. MICROMANIPULATOR FOR POSITIONING THE PROBE, containing a plate located horizontally, at least three piezoelectric kinematic elements, the first ends of which are rigidly attached to the plate, the second ends resting on a horizontal surface, capable of deforming under the action of stresses applied in a certain way so as to displace second loose ends relative to the plate in three mutually perpendicular directions, at least one scanning piezo an electric element, the first end rigidly attached to the plate and capable of deforming under the action of stresses applied in a certain way so as to displace the second loose end relative to the horizontal surface in three mutually perpendicular directions, characterized in that the center of gravity of all piezoelectric kinematic elements is displaced along towards a horizontal surface so that with a sharp decrease in the length of the piezoelectric kinematic elements Along the vertical axis, there was no separation of the ends of the kinematic elements from the horizontal surface, a support-clamping device was attached to the scanning piezoelectric element, holding the probe holder so that when a corresponding force is applied to the holder, it can slip in the vertical direction relative to the supports of the support-clamping device.

2. The micromanipulator according to claim 1, characterized in that each piezoelectric kinematic element is made in the form of a tubular piezoelectric element rigidly connected to a weighted base, the total weight of the weighted bases must more than 2 times the mass of the rest of the micromanipulator.

3. The micromanipulator according to claim 1, characterized in that the support-clamping device comprises at least four ball-shaped supports on which a probe holder made in the form of a cylinder is held by means of a clamping mechanism.

4. The micromanipulator according to claim 1, characterized in that a manipulation table is attached to the end of the probe holder, containing a plate with screws screwed into it, to the ends of which a washer is pressed using springs fixed to the plate, and a piezoelectric element rigidly attached to the plate, to the washer an optical fiber of an interferometric or an electrode of capacitive sensors is attached, a miniature mechanical resonator is mounted on a piezoelectric element.

5. The micromanipulator according to claim 1, characterized in that the electrodes of each piezoelectric kinematic element are connected to a control circuit providing separate control of the piezoelectric kinematic elements.