RU2377620C2 - Device for sample shift - Google Patents

Device for sample shift Download PDF

Info

Publication number
RU2377620C2
RU2377620C2 RU2005141333/28A RU2005141333A RU2377620C2 RU 2377620 C2 RU2377620 C2 RU 2377620C2 RU 2005141333/28 A RU2005141333/28 A RU 2005141333/28A RU 2005141333 A RU2005141333 A RU 2005141333A RU 2377620 C2 RU2377620 C2 RU 2377620C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carriage
sample
guides
piezoelectric actuators
housing
Prior art date
Application number
RU2005141333/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005141333A (en
Inventor
Эдуард Алексеевич Полторацкий (RU)
Эдуард Алексеевич Полторацкий
Владимир Викторович Редченко (RU)
Владимир Викторович Редченко
Дмитрий Юрьевич Соколов (RU)
Дмитрий Юрьевич Соколов
Original Assignee
ЗАО "Нанотехнология-МДТ"
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 ЗАО "Нанотехнология-МДТ" filed Critical ЗАО "Нанотехнология-МДТ"
Priority to RU2005141333/28A priority Critical patent/RU2377620C2/en
Publication of RU2005141333A publication Critical patent/RU2005141333A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2377620C2 publication Critical patent/RU2377620C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)

Abstract

FIELD: nanotechnologies.
SUBSTANCE: invention is related to the field of nanotechnology and is aimed at provision of sample shift in three coordinates (X, Y, Z), in particular for shifting of samples, sample holders and other elements in scanning probing microscopy. The second carriage with sample holders is installed by means of the second guides in the first carriage. At least one additional piezoelectric drive is introduced into device. All piezoelectric drives are coupled to body by their first ends, and their ends are fixed to the first carriage by means of hinged joints, and represent the first guides. The second carriage is installed on the first carriage with the possibility of removal from it.
EFFECT: invention has expanded functional resources due to the possibility to research samples with large dimensions and weight, and also provides for fast replacement of samples with their rigid fixation to carriage, precision repeatability of position of carriage with sample, which is provided by the fact that device of sample shift comprises body, on which the first carriage is installed with the second guides by means of the first guides, the first and second piezoelectric drives coupled to the first carriage are fixed.
5 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к нанотехнологии, а более конкретно, к устройствам, обеспечивающим перемещения образца по трем координатам (X, Y, Z). Например, устройство может быть использовано для перемещения образцов, держателей образцов и других элементов в сканирующей зондовой микроскопии.The invention relates to nanotechnology, and more particularly, to devices for moving a sample along three coordinates (X, Y, Z). For example, the device can be used to move samples, sample holders, and other elements in scanning probe microscopy.

Известен координатный стол, состоящий из основания, каретки и направляющих с роликами, расположенных вдоль координат X, Y [1].Known coordinate table, consisting of a base, carriage and guides with rollers located along the coordinates X, Y [1].

Первый недостаток указанного устройства заключается в невозможности быстрого снятия каретки с платформы, что затрудняет замену образца. Второй недостаток связан со сложностью конструкции направляющих с роликами, что не позволяет создать компактное устройство. Третьим недостатком является отсутствие возможности перемещения каретки по третьей координате Z. Четвертый недостаток заключается в невозможности точного повторения установки каретки.The first disadvantage of this device is the inability to quickly remove the carriage from the platform, which makes it difficult to replace the sample. The second disadvantage is associated with the complexity of the design of the guides with rollers, which does not allow to create a compact device. The third disadvantage is the inability to move the carriage along the third coordinate Z. The fourth disadvantage is the inability to accurately repeat the installation of the carriage.

Известен координатный стол, где платформа и каретка выполнены в виде одной детали, а направляющими по координатам Х и Y являются тонкие перемычки в виде плоских пружин [2].Known coordinate table, where the platform and the carriage are made in one piece, and the guides along the coordinates X and Y are thin jumpers in the form of flat springs [2].

Недостатками указанного устройства являются невозможность снятия каретки с платформы, малый ход координатного стола и отсутствие возможности перемещения каретки по третьей координате Z.The disadvantages of this device are the inability to remove the carriage from the platform, the small travel of the coordinate table and the inability to move the carriage along the third coordinate Z.

Известен также координатный стол, содержащий платформу, на которой посредством четырех плоских пружин закреплена первая каретка с возможностью перемещения по первой координате X. Внутри первой каретки, также с помощью четырех плоских пружин, закреплена вторая каретка с возможностью перемещения по второй координате Y, перпендикулярной координате X. Первая и вторая каретки расположены с возможностью взаимодействия с первым и вторым пьезоприводами, закрепленными на платформе координатного стола. Положения кареток зафиксированы первым и вторым пружинными упорами, также закрепленными на платформе [3].There is also known a coordinate table containing a platform on which, by means of four flat springs, the first carriage is fixed with the ability to move along the first coordinate X. Inside the first carriage, also using four flat springs, a second carriage is fixed with the ability to move along the second coordinate Y, perpendicular to the coordinate X The first and second carriages are arranged to interact with the first and second piezoelectric actuators mounted on the platform of the coordinate table. The positions of the carriages are fixed by the first and second spring stops, also fixed on the platform [3].

Первым недостатком указанного устройства является малый ход кареток координатного стола, связанный с использованием пьезоприводов. Второй недостаток заключается в невозможности снятия кареток, например, для замены образца, что бывает необходимым при использовании координатного стола в сложных технологических устройствах, например, в сканирующих зондовых микроскопах (СЗМ). Третий недостаток состоит в отсутствии возможности перемещения каретки по третьей координате Z. Четвертый недостаток связан с невозможностью разворота второй каретки.The first disadvantage of this device is the small stroke of the carriages of the coordinate table associated with the use of piezo drives. The second drawback is the inability to remove the carriages, for example, to replace the sample, which is necessary when using the coordinate table in complex technological devices, for example, in scanning probe microscopes (SPM). The third disadvantage is the inability to move the carriage along the third coordinate Z. The fourth disadvantage is the inability to turn the second carriage.

Указанное устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.The specified device is selected as a prototype of the proposed solution.

Задачей изобретения является создание устройства подвижки образца, позволяющего использовать его, например, в сканирующей зондовой микроскопии для перемещения образцов в широком диапазоне по трем координатам с возможностью быстрой замены образцов при жестком креплении их к каретке и прецизионной повторяемости позиции каретки с образцом при ее установке.The objective of the invention is to provide a device for moving a sample, allowing it to be used, for example, in scanning probe microscopy to move samples in a wide range along three coordinates with the possibility of quick replacement of samples with rigid attachment to the carriage and the precision of the position of the carriage with the sample when it is installed with precision.

Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей предложенного устройства.The technical result of the invention is to expand the functionality of the proposed device.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство подвижки образца, содержащее корпус, на котором посредством первых направляющих установлена первая каретка со вторыми направляющими, закреплены первый и второй пьезоприводы, сопряженные с первой кареткой, и вторую каретку с держателем образца, установленную посредством вторых направляющих на первой каретке, введены третий или третий и четвертый пьезоприводы, закрепленные на корпусе и сопряженные с первой кареткой, при этом первый, второй, третий и четвертый пьезоприводы выполнены в виде секционированных: пьезотрубок, продольные оси которых расположены в одной плоскости под углами друг к другу соответственно 120° и 90°, первыми концами сопряженных с корпусом, а вторыми концами - с первой кареткой посредством шарниров и представляющих собой первые направляющие, при этом вторая каретка установлена на первой каретке с возможностью съема с нее.The specified technical result is achieved in that in the device for moving the sample containing the housing, on which the first carriage with the second guides is mounted by means of the first guides, the first and second piezoelectric actuators, coupled with the first carriage, and the second carriage with the sample holder, mounted by means of the second guides on the first carriage, introduced the third or third and fourth piezoelectric actuators mounted on the housing and interfaced with the first carriage, while the first, second, third and fourth piezoelectric actuators made in the form of sectioned: piezotubes, the longitudinal axes of which are located in the same plane at angles to each other of 120 ° and 90 °, respectively, the first ends mating with the housing, and the second ends with the first carriage by means of hinges and representing the first guides, while the second the carriage is mounted on the first carriage with the possibility of removal from it.

Возможен вариант, в котором пьезоприводы закреплены на корпусе с помощью первых бобышек с выборками.A variant is possible in which piezoelectric actuators are mounted on the housing using the first bosses with samples.

Существует также вариант, в котором каждый шарнир выполнен в виде соединенных винтом второй бобышки и гайки с обнижением по оси, изготовленной из пружинного материала и имеющей осевую жесткость меньше фрагмента винта, расположенного в обнижении между бобышкой и гайкой.There is also an option in which each hinge is made in the form of a second boss connected by a screw and a nut with an axial stiffening made of spring material and having an axial stiffness less than a screw fragment located in the collapse between the boss and the nut.

На фиг.1 и 2 изображены виды устройства подвижки образца сверху и сбоку.Figures 1 and 2 show views of the device for moving the sample from above and from the side.

На фиг.3 и 4 изображены варианты выполнения пьезоприводов.Figures 3 and 4 show embodiments of piezoelectric actuators.

На фиг.5 и 6 - варианты подключения пьезоприводов к блоку питания.Figure 5 and 6 are options for connecting piezoelectric actuators to the power supply.

На фиг.7 и 8 - возможные варианты выполнения устройства.7 and 8 are possible embodiments of the device.

На фиг.9 - вариант использования устройства в сканирующем зондовом микроскопе.Figure 9 is an embodiment of the use of the device in a scanning probe microscope.

Один из вариантов устройства подвижки образца содержит корпус 1 (фиг.1, фиг.2), на котором посредством винтов 2 с осевыми отверстиями и первых бобышек 3 с выборками 4 установлены, например, с использованием клеевых швов 5, первыми концами 6, пьезоприводы 7, 8, 9 и 10, в качестве которых использованы секционированные пьезотрубки (см., например [4, 5, 6, 7, 8]). При этом продольные оси пьезотрубок расположены в одной плоскости под углом 90° друг к другу. Вторые концы 11 этих пьезоприводов сопряжены с первой кареткой 12 с использованием вторых бобышек 13 с винтами 14, которые посредством шаровых поверхностей 15 взаимодействуют с конусными упорами 16, выполненными в первой каретке 12. Винты 14 сопряжены с гайками 17, имеющими обнижения 18. Совокупность элементов 14, 15, 16 и 17 выполняет функцию шарнира. В простейшем случае роль шарнира может выполнять клеевой шов (не показан) между бобышкой 13 и пьезотрубкой. Бобышки 13 на пьезоприводах 7, 8, 9 и 10 могут быть установлены на скользящей посадке без применения клея. Следует заметить, что возможен вариант установки пьезоприводов 7, 8, 9 и 10 на корпусе 1 без применения бобышек 3, а путем непосредственного вклеивания в корпус 1. Пьезоприводы 7, 8, 9 и 10 в обоих случаях одновременно с функцией перемещения выполняют роль первых направляющих первой каретки 12. Первая каретка 12 содержит установленный на винте 19 с возможностью осевой подвижки ферромагнитный элемент 20, выполненный, например, из никеля. На первой каретке 12 закреплен фланец 21 со вторыми направляющими в виде регулируемых опор 22, на которых посредством установочных элементов 23 размещена вторая каретка 24 с магнитом 25 с возможностью съема с первой каретки 12. В качестве установочных элементов 23 могут быть использованы три V-образные опоры, расположенные под углами 120° своими ребрами друг к другу. Возможен также вариант параллельной установки трех V-образных опор либо использование двух, параллельно установленных V-образных опор и одной плоской, либо использование трех плоских опор. В отдельных случаях возможен вариант использования одной V-образной, одной конусообразной и одной плоской опоры (не показано).One of the variants of the sample moving device comprises a housing 1 (Fig. 1, Fig. 2), on which piezo actuators 7 are mounted, for example, using glue joints 5, with the first ends 6, by means of glue screws 2 with axial holes and first bosses 3 with samples 4 , 8, 9, and 10, for which sectioned piezotubes were used (see, for example, [4, 5, 6, 7, 8]). The longitudinal axis of the piezotubes are located in the same plane at an angle of 90 ° to each other. The second ends 11 of these piezoelectric actuators are coupled to the first carriage 12 using second bosses 13 with screws 14, which, through the ball surfaces 15, interact with conical stops 16 made in the first carriage 12. The screws 14 are interfaced with nuts 17 having a reduction 18. The set of elements 14 , 15, 16 and 17 acts as a hinge. In the simplest case, the role of the hinge can be performed by an adhesive joint (not shown) between the boss 13 and the piezotube. Boss 13 on the piezoelectric actuators 7, 8, 9 and 10 can be installed on a sliding fit without the use of glue. It should be noted that it is possible to install piezo drives 7, 8, 9 and 10 on the housing 1 without using bosses 3, and by directly pasting it into the housing 1. In both cases, the piezo drives 7, 8, 9 and 10 act simultaneously as the first guides the first carriage 12. The first carriage 12 comprises a ferromagnetic element 20 mounted on the screw 19 with the possibility of axial movement, made, for example, of nickel. A flange 21 is mounted on the first carriage 12 with second guides in the form of adjustable supports 22, on which, by means of the mounting elements 23, a second carriage 24 with a magnet 25 is placed with the possibility of removal from the first carriage 12. Three V-shaped supports can be used as installation elements 23 located at angles of 120 ° with their ribs to each other. It is also possible to install three V-shaped supports in parallel, or use two V-shaped supports and one flat in parallel, or use three flat supports. In some cases, it is possible to use one V-shaped, one cone-shaped and one flat support (not shown).

На второй каретке 24, например, посредством клея или прижимных планок (не показаны) закрепляют держатель образца или непосредственно образец 26. На корпусе 1 установлен разъем (разъемы) 27 и два защитных кожуха 28 и 29.On the second carriage 24, for example, by means of glue or pressure strips (not shown), the sample holder or directly the sample 26 is secured. The connector (s) 27 and two protective covers 28 and 29 are mounted on the housing 1.

Пьезоприводы 7, 8, 9 и 10, выполненные в виде секционированных пьезотрубок, могут содержать два внешних 30, 31 (фиг.3) и два внутренних 32 и 33 электрода. Возможен также вариант, в котором каждая пьезотрубка содержит четыре внешних 34, 35, 36, 37 и четыре внутренних 38, 39, 40 и 41 электрода. В одном из вариантов подключения электроды 30, 31, 32 и 33, например пьезопривода, 10 перекрестно подключены к блоку управления 41, как показано на фиг.5. Аналогично подключены электроды пьезоприводов 7, 8, и 9.The piezoelectric actuators 7, 8, 9, and 10, made in the form of sectioned piezotubes, can contain two external 30, 31 (Fig. 3) and two internal 32 and 33 electrodes. A variant is also possible in which each piezotube contains four external 34, 35, 36, 37 and four internal 38, 39, 40 and 41 electrodes. In one of the connection options, the electrodes 30, 31, 32 and 33, for example a piezo drive, 10 are cross-connected to the control unit 41, as shown in Fig.5. The electrodes of piezoelectric actuators 7, 8, and 9 are similarly connected.

В этом случае устройство работает следующим образом. На пары электродов 30, 33 и 31, 32 подают постоянное напряжение, пьезотрубки пьезоприводов 7, 8, 9 и 10 синхронно изгибаются по часовой или против часовой стрелке и осуществляют разворот кареток 12 и 24 с образцом 26 в плоскости первой координаты Х и второй Y в ту или иную сторону. Механизм изгиба пьезотрубок см. в [6, 7].In this case, the device operates as follows. A constant voltage is applied to the pairs of electrodes 30, 33 and 31, 32, the piezotubes of the piezoelectric actuators 7, 8, 9 and 10 synchronously bend clockwise or counterclockwise and rotate the carriages 12 and 24 with the sample 26 in the plane of the first coordinate X and second Y in one way or another. The mechanism of bending of piezotubes, see [6, 7].

Существуют также другие варианты использования электродов. В случае перекрестного подключения электродов пьезоприводов 7, 8, 9 и 10 (как показано на фиг.5), но только с возможностью изгиба трубок по третьей координате Z (при этом пьезоприводы повернуты на 90° вокруг оси), возможно перемещение образца 26 по координате Z. Если же на каждый пьезопривод подают разные напряжения, возможно осуществление качания плоскости образца 26.There are also other uses for electrodes. In the case of cross-connection of the electrodes of the piezoelectric actuators 7, 8, 9 and 10 (as shown in Fig. 5), but only with the possibility of bending the tubes along the third coordinate Z (while the piezo actuators are rotated 90 ° around the axis), it is possible to move the sample 26 along the coordinate Z. If different voltages are applied to each piezoelectric actuator, it is possible to swing the plane of the sample 26.

Возможно также перекрестное подключение электродов (каждый наружный соединяют с противолежащим внутренним) пьезопривода, изображенного на фиг.4, таким образом, что при подаче соответствующих напряжений он одновременно будет изгибаться в плоскости координат X, Y и по координате Z. Подключение пьезопривода по фиг.4 в объеме четырех электродов 34, 40 и 36, 38 изображено на фиг.6. Остальные электроды 37, 39 и 35, 41 подключены аналогично. В этом случае можно как вращать образец в плоскости координат X, Y, так и качать его плоскость.It is also possible to cross-connect the electrodes (each outer one is connected to the opposite inner one) of the piezoelectric actuator shown in Fig. 4, so that when the corresponding voltages are applied, it will simultaneously bend in the X, Y coordinate plane and along the Z coordinate. The piezoelectric actuator according to Fig. 4 in the volume of four electrodes 34, 40 and 36, 38 shown in Fig.6. The remaining electrodes 37, 39 and 35, 41 are connected in the same way. In this case, you can both rotate the sample in the X, Y coordinate plane, and swing its plane.

Кроме этого, существует вариант, в котором объединяют внутренние электроды 38, 39, 40, 41 и наружные электроды 34, 35, 36, 37. В этом случае при подаче на них напряжений возможно осуществление противофазного растяжения и сжатия приводов 8 и 10 (аналог работы пьезопривода со сплошным наружным и внутренним электродами). При этом в случае расположения трех V-образных опор 23 параллельно координате Х возможно инерционное перемещение каретки 24 по этой координате (подробно принцип инерционного перемещения см. в [9, 10]). Следует также заметить, что в этом случае можно пьезоприводы 7 и 9 включить в режим синхронного изгиба в сторону растяжений и сжатий приводов 8 и 10. Это будет способствовать увеличению шага инерционного перемещения. Подачей напряжений на электроды могут управлять электронные ключи.In addition, there is an option in which the internal electrodes 38, 39, 40, 41 and the external electrodes 34, 35, 36, 37 are combined. In this case, when voltage is applied to them, it is possible to carry out antiphase tension and compression of the drives 8 and 10 (analogue of work piezoelectric drive with a continuous outer and inner electrodes). In this case, if three V-shaped supports 23 are arranged parallel to the X coordinate, the inertial movement of the carriage 24 along this coordinate is possible (for the principle of inertial movement, see [9, 10]). It should also be noted that in this case, the piezoelectric actuators 7 and 9 can be included in the synchronous bending mode in the direction of tensile and compressive actuators 8 and 10. This will increase the step of inertial movement. The voltage supply to the electrodes can be controlled by electronic keys.

В отдельных случаях, когда требования к точности перемещения каретки 24 невысоки, в качестве установочных элементов 23 можно использовать плоские пластины. В этом случае перемещение каретки 24 может осуществляться также по координате X. Для этого дополнительно приводы 7 и 9 включают на противофазное сжатие - растяжение, а приводы 8 и 10 - на синхронный изгиб.In some cases, when the requirements for the accuracy of movement of the carriage 24 are low, flat plates can be used as mounting elements 23. In this case, the carriage 24 can also be moved along the X coordinate. For this, the drives 7 and 9 are additionally included for antiphase compression — tension, and the drives 8 and 10 for synchronous bending.

Сборку устройства производят следующим образом. Устанавливают бобышки 3 с пьезоприводами 7, 8, 9, 10 и шарнирами на корпус 1. Устанавливают каретку 12 между винтами 14. Используя осевые отверстия винтов 2, создают предварительный натяг первой каретки 12 винтами 14. Изгибают пьезоприводы 7 и 9 по оси Х в положительном направлении. Пьезоприводы 8 и 10 при этом соответственно растягивают и сжимают. После этого осуществляют дополнительный натяг первой каретки 12 винтами 14 и фиксируют их гайками 17 с их прижимным изгибом по оси (гайки 17 при этом, за счет обнижений 18, работают как плоские мембраны).The assembly of the device is as follows. Install boss 3 with piezo drives 7, 8, 9, 10 and hinges on housing 1. Install carriage 12 between screws 14. Using the axial holes of screws 2, preload the first carriage with 12 screws 14. Piezo drives 7 and 9 are bent along the X axis in the positive direction. The piezo actuators 8 and 10 are respectively stretched and compressed. After that, an additional tightness of the first carriage 12 is carried out with screws 14 and fixed with nuts 17 with their clamping bending along the axis (the nuts 17, at the same time, due to lowering 18, work like flat membranes).

Упругость фрагментов 14 подбирают таким образом, чтобы она превышала упругость гаек в 5-10 раз.The elasticity of the fragments 14 is selected so that it exceeds the elasticity of the nuts by 5-10 times.

Величина изгибного перемещения пьезоприводов составляет величину порядка 10-20 мкм, осевое же их перемещение при этом будет в пределах 0,1-0,2 мкм.The magnitude of the bending movement of the piezoelectric actuators is of the order of 10–20 μm, while their axial movement will be in the range of 0.1–0.2 μm.

После этого фиксируют бобышки 3 винтами 2, осуществляя их небольшую (0,1-0,5 мкм) деформацию.After that, bosses are fixed with 3 screws 2, realizing their small (0.1-0.5 microns) deformation.

Следует заметить, что возможен вариант использования трех секционированных пьезотрубок 43, 44 и 45 (фиг.7), закрепленных на корпусе 46 и сопряженных с первой кареткой 47 и второй кареткой 48. При этом их продольные оси расположены в одной плоскости под углом 120° друг к другу. Более подробно устройство не показано.It should be noted that it is possible to use three sectioned piezotubes 43, 44 and 45 (Fig. 7) mounted on the housing 46 and interfaced with the first carriage 47 and the second carriage 48. Moreover, their longitudinal axes are located in the same plane at an angle of 120 ° to friend. The device is not shown in more detail.

Существует также вариант, в котором три секционированных пьезотрубки 49, 50 и 51 (фиг.8) установлены на корпусе 52 под углом 120° друг к другу и сопряжены с первой кареткой 53 и второй кареткой 54. При этом их продольные оси параллельны.There is also an option in which three sectioned piezotubes 49, 50 and 51 (Fig. 8) are mounted on the housing 52 at an angle of 120 ° to each other and mate with the first carriage 53 and the second carriage 54. Moreover, their longitudinal axes are parallel.

Возможен также вариант, в котором вместо пьезотрубок можно использовать пьезоприводы другого конструктивного исполнения [11].A variant is also possible in which, instead of piezotubes, piezoelectric drives of another design can be used [11].

При использовании устройства 55 в СЗМ 56 (фиг.9) его устанавливают на платформу 57, осуществляют сближение блока анализа 58 с образцом 26. После контакта зонда 59 с образцом 26 производят сканирования образца, используя пьезосканер 60 (см. подробно [4, 5, 6, 7]). В случае последовательных съемов и установок второй каретки 24 на первую каретку 12 и при расположении V-образных опор (установочных элементов 23) под 120° друг к другу ее положение сохраняется. В предложенном устройстве погрешность установки каретки 24 находится в пределах 1 мкм, что заведомо перекрывается диапазоном подвижек пьезоприводов.When using the device 55 in the SPM 56 (Fig. 9), it is mounted on the platform 57, the analysis unit 58 is brought closer to the sample 26. After the probe 59 contacts the sample 26, the sample is scanned using a piezoscanner 60 (see in detail [4, 5, 6, 7]). In the case of successive removals and installations of the second carriage 24 on the first carriage 12 and when the V-shaped supports (mounting elements 23) are located at 120 ° to each other, its position is maintained. In the proposed device, the error of installation of the carriage 24 is within 1 μm, which obviously overlaps with the range of motions of the piezo drives.

Описанные режимы использования устройства подвижки образца 26 можно применять в нанолитографических системах, где необходимо совмещать рисунки топологий на образце на различных стадиях их формирования.The described modes of using the device for moving the sample 26 can be used in nanolithographic systems, where it is necessary to combine patterns of topologies on the sample at various stages of their formation.

После инерционного перемещения образца 26 к очередному модулю может возникнуть необходимость доворота образца относительно системы координат поля сканирования зонда 59, которое осуществляют за счет изгибов пьезоприводов (описано выше).After inertial movement of the sample 26 to the next module, it may be necessary to rotate the sample relative to the coordinate system of the scanning field of the probe 59, which is carried out due to the bends of the piezo drives (described above).

Введение, по меньшей мере, одного третьего пьезопривода, закрепленного на корпусе и сопряженного с первой кареткой шарнирно, а также выполнение приводов в виде секционных пьезотрубок позволяет корректировать положение образца в пространстве, что расширяет функциональные возможности устройства. Это особенно актуально в нанотехнологии при использовании многозондовых линеек или матриц для компенсации нефункционального разворота матрицы зондов относительно образца.The introduction of at least one third piezoelectric actuator mounted pivotally on the housing and coupled to the first carriage, as well as the implementation of the actuators in the form of sectional piezotubes, allows you to adjust the position of the sample in space, which extends the functionality of the device. This is especially true in nanotechnology when using multi-probe rulers or matrices to compensate for the non-functional rotation of the probe matrix relative to the sample.

Кроме этого, предложенное устройство позволяет осуществлять инерционную подвижку образца относительно зонда в широком диапазоне.In addition, the proposed device allows for inertial movement of the sample relative to the probe in a wide range.

Закрепление пьезоприводов на корпусе с использованием первых бобышек с выборками позволяет за счет подвижки бобышек по корпусу упростить настройку устройства, уменьшить нефункциональное качание бобышек по плоскости прижима к плоскости, а также за счет увеличения величины натяга при закреплении бобышек повысить надежность их закрепления и эксплуатации устройства.Fixing the piezoelectric actuators to the housing using the first bosses with samples allows simplifying the device setup, reducing the non-functional swing of the bosses along the plane of the clamp to the plane due to the movement of the bosses along the housing, and also by increasing the interference tightness when fixing the bosses, to increase the reliability of their fastening and operation of the device.

Выполнение шарнира в виде соединенных винтом второй бобышки и гайки с обнижением по оси, изготовленной из пружинного материала, имеющего жесткость, меньшую фрагмента винта, расположенной между второй бобышкой и гайкой, позволяет уменьшить нефункциональные колебания первой каретки за счет более надежного закрепления винтов и уменьшения их нефункциональных качаний в зазорах.The execution of the hinge in the form of a second boss connected by a screw and a nut with an axial decrease, made of a spring material having a stiffness less than a screw fragment located between the second boss and the nut, allows to reduce non-functional vibrations of the first carriage due to more reliable fastening of the screws and decrease their non-functional swings in the gaps.

Перечисленное также расширяет функциональные возможности устройства за счет исследования образцов с большими размерами и массой.The above also extends the functionality of the device by examining samples with large dimensions and mass.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Патент US №5561299, 01.10.1996.1. US patent No. 5561299, 01.10.1996.

2. Патент US №5051594, 24.09.1991.2. US patent No. 5051594, 09.24.1991.

3. Патент US №5360974, 01.11.1994.3. US patent No. 5360974, 01/01/1994.

4. Патент RU №2199171, 20.02.2003.4. Patent RU No. 2199171, 02.20.2003.

5. Scanning tunneling microscope instrumentation. Y.Kyk, P.Sulverman. Rev. Sci.Instrum. 60 (1989), N2, 165-180.5. Scanning tunneling microscope instrumentation. Y. Kyk, P. Sulverman. Rev. Sci.Instrum. 60 (1989), N2, 165-180.

6. Зондовая микроскопия для биологии и медицины. В.А.Быков и др., Сенсорные системы, т.12, №1, 1998 г., с.99-121.6. Probe microscopy for biology and medicine. V.A. Bykov et al., Sensory Systems, vol. 12, No. 1, 1998, pp. 99-121.

7. Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия в электрохимии поверхности. А. И. Данилов, Успехи химии 64 (8), 1995 г, с.818-833.7. Scanning tunneling and atomic force microscopy in surface electrochemistry. A.I. Danilov, Advances in Chemistry 64 (8), 1995, p. 818-833.

8. В.Миронов. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М.: Техносфера, 2004, 143 с.8. V. Mironov. The basics of scanning probe microscopy. M .: Technosphere, 2004, 143 p.

9. Патент RU №2152103, 27.06.2000.9. Patent RU No. 2152103, 06/27/2000.

10. S.Gregory, C.T.Rogers. // STM2. p.390.10. S. Gregory, C. T. Rogers. // STM2. p.390.

11. Патент US №4874979, 03.10.1988.11. US patent No. 4874979, 10/03/1988.

Claims (5)

1. Устройство подвижки образца, содержащее корпус, на котором посредством первых направляющих установлена первая каретка со вторыми направляющими, закреплены первый и второй пьезоприводы, сопряженные с первой кареткой, и вторую каретку с держателями образца, установленную посредством вторых направляющих на первой каретке, отличающийся тем, что в него введен, по меньшей мере, один дополнительный пьезопривод, при этом все пьезоприводы первыми концами сопряжены с корпусом, а вторыми концами - с первой кареткой посредством шарниров, и представляют собой первые направляющие, при этом вторая каретка установлена на первой каретке с возможностью съема с нее.1. A device for moving a sample, comprising a housing on which a first carriage with second guides is mounted by means of the first guides, the first and second piezo drives coupled to the first carriage, and the second carriage with sample holders mounted by the second guides on the first carriage, that at least one additional piezodrive is introduced into it, while all the piezodrives are paired with the housing by the first ends, and by the hinges with the second ends and presented They are the first guides, while the second carriage is mounted on the first carriage with the possibility of removal from it. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при наличии в нем трех пьезоприводов первый, второй и третий пьезоприводы выполнены в виде секционированных пьезотрубок, продольные оси которых расположены в одной плоскости под углом 120° друг к другу.2. The device according to claim 1, characterized in that if there are three piezoelectric actuators in it, the first, second and third piezoelectric actuators are made in the form of sectioned piezotubes, the longitudinal axes of which are located in the same plane at an angle of 120 ° to each other. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при наличии в нем четырех пьезоприводов первый, второй, третий и четвертый пьезоприводы выполнены в виде секционированных пьезотрубок, продольные оси которых расположены в одной плоскости под углом 90° друг к другу.3. The device according to claim 1, characterized in that if there are four piezoelectric actuators in it, the first, second, third and fourth piezoelectric actuators are made in the form of sectioned piezo tubes, the longitudinal axes of which are located in the same plane at an angle of 90 ° to each other. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пьезоприводы закреплены на корпусе с помощью первых бобышек с выборками.4. The device according to claim 1, characterized in that the piezo drives are mounted on the housing using the first bosses with samples. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый шарнир выполнен в виде соединенных винтом второй бобышки и гайки с обнижением по оси, изготовленной из пружинного материала, и имеющий осевую жесткость меньше фрагмента винта, расположенного в обнижении между бобышкой и гайкой. 5. The device according to claim 1, characterized in that each hinge is made in the form of a second boss connected by a screw and a nut with a decrease in the axis made of spring material and having an axial stiffness less than a screw fragment located in the reduction between the boss and the nut.
RU2005141333/28A 2005-12-29 2005-12-29 Device for sample shift RU2377620C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005141333/28A RU2377620C2 (en) 2005-12-29 2005-12-29 Device for sample shift

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005141333/28A RU2377620C2 (en) 2005-12-29 2005-12-29 Device for sample shift

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005141333A RU2005141333A (en) 2007-07-10
RU2377620C2 true RU2377620C2 (en) 2009-12-27

Family

ID=38316386

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005141333/28A RU2377620C2 (en) 2005-12-29 2005-12-29 Device for sample shift

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2377620C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005141333A (en) 2007-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cai et al. Design and control of a 6-degree-of-freedom precision positioning system
CN104297065B (en) A kind of Piezoelectric Driving micro-stretching test device
CN101216390A (en) Micro-element dynamic performance off-chip tensile test experimental bench
CN1202937C (en) Super accurate fine motion work platform with function of restraining vibration.
US11159103B2 (en) Six-degree-of-freedom large-stroke uncoupling large hollow series-parallel piezoelectric micro-motion platform
US9535086B2 (en) Interface of a microfabricated scanning force sensor for combined force and position sensing
Polit et al. Design of high-bandwidth high-precision flexure-based nanopositioning modules
CN106671061B (en) Singly refer to structure, microoperation clamper and micro OS
JP2013530387A (en) Ball spacer method for leveling of flat objects
CN2621876Y (en) Twe-D superprecision positioning, damping vernier working platform based on piezoelectric driver
Ghafarian et al. An XYZ micromanipulator for precise positioning applications
KR20130022253A (en) Ultra-precision moving apparatus
KR101476808B1 (en) Scanner apparatus and atomic force microscope including the same
RU2377620C2 (en) Device for sample shift
JP4936112B2 (en) Cell manipulator
KR100675331B1 (en) Nano dimensional driving manipulator with four degree of freedoms
CN205928616U (en) Singly indicate structure, microoperation holder and little operating system
US8493692B2 (en) Position determining system with arm center line crossing expanding/contracting direction of hinged actuator unit
RU2297078C1 (en) Three-coordinate positioner
JP2000009867A (en) Stage moving device
KR100738415B1 (en) Fine motion manipulator with three joints and three axes parallel fine planar motion manipulation apparatus using the same
JPH08334519A (en) Driving device
KR20110026029A (en) Scanner for scanning probe microscope
Polit et al. Design of a high-bandwidth XY nanopositioning stage for high-throughput micro/nano manufacturing
KR20040086183A (en) Fine-control stage apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20111230