RU2626194C1 - Standard for calibrating optical devices - Google Patents
Standard for calibrating optical devices Download PDFInfo
- Publication number
- RU2626194C1 RU2626194C1 RU2016115575A RU2016115575A RU2626194C1 RU 2626194 C1 RU2626194 C1 RU 2626194C1 RU 2016115575 A RU2016115575 A RU 2016115575A RU 2016115575 A RU2016115575 A RU 2016115575A RU 2626194 C1 RU2626194 C1 RU 2626194C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- voltage source
- elements
- voltage
- piezoelectric material
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в качестве эталона для определения перемещений и линейных размеров объектов в нанометровом диапазоне и для калибровки конфокальных микроскопов и оптических интерферометров.The invention relates to the field of precision instrumentation and can be used as a reference for determining the displacements and linear dimensions of objects in the nanometer range and for calibrating confocal microscopes and optical interferometers.
Известно устройство для прецизионных перемещений, позволяющее обеспечивать линейное смещение в нанометровом диапазоне (US 4787148). Известное устройство по своей сущности является усовершенствованием известного микрометра, снабженного двухступенчатым механическим редуктором с соответствующим передаточным числом.A device for precision movements is known, which allows for linear displacement in the nanometer range (US 4787148). The known device in essence is an improvement of the known micrometer equipped with a two-stage mechanical gearbox with an appropriate gear ratio.
Недостатком известного устройства является относительно невысокая точность задаваемого смещения и невысокая воспроизводимость результатов, что присуще любому механизму, имеющему подвижные узлы и детали.A disadvantage of the known device is the relatively low accuracy of the specified bias and low reproducibility of the results, which is inherent in any mechanism that has moving parts and components.
Известно эталонное устройство, которое используется для тестирования профилометров и сканирующих зондовых микроскопов. Устройство представляет собой монокристаллическую пластину, в которой методами микроэлектронных технологий выполнены ступенчатые углубления с одинаковой фиксированной высотой каждой из ступеней (US 6028008).A reference device is known which is used for testing profilometers and scanning probe microscopes. The device is a single crystal plate in which stepped recesses with the same fixed height of each of the steps are made using microelectronic technology (US 6028008).
Передача линейного размера с помощью такого устройства может производиться только при проведении многократных измерений в различных областях поверхности и с последующей математической обработкой результатов измерений.Linear size transmission using such a device can only be carried out when conducting multiple measurements in various areas of the surface and followed by mathematical processing of the measurement results.
Этому устройству присущи определенные недостатки. С помощью него можно измерять линейные смещения только в одном направлении - в глубину. Кроме того, поскольку для изготовления используется метод травления, то точность изготовления высоты ступени может составить несколько атомных слоев, а учитывая, что параметр кристаллической решетки для кремния равен 5,43 
Известно фотоэлектрическое устройство для определения смещения (GB 1063060). Устройство содержит источник коллимированного светового пучка, фотоприемник и расположенные между источником и фотоприемником две дифракционные решетки с различными периодами и коэффициентами заполнения. При смещении одной решетки относительно другой происходит периодическое перекрытие (или открытие) поперечного сечения светового пучка, что фиксируется фотоприемником.A photovoltaic device for detecting bias is known (GB 1063060). The device comprises a collimated light beam source, a photodetector, and two diffraction gratings located between the source and the photodetector with different periods and fill factors. When one lattice is shifted relative to another, periodic cross-section (or opening) of the cross section of the light beam occurs, which is detected by the photodetector.
Недостатком известного устройства является то, что измеряется смещение одного объекта относительно другого, и каждый из них должен быть снабжен дифракционной решеткой, изготовление которой всегда осуществляется с некоторой погрешностью.A disadvantage of the known device is that the displacement of one object relative to another is measured, and each of them must be equipped with a diffraction grating, the manufacture of which is always carried out with some error.
Известно устройство для прецизионного измерения расстояний, которое включает два секционированных электрода, размещенных оппозитно один к другому с возможностью перемещения в направлении изменения площади их взаимного перекрытия при сохранении постоянства зазора между взаимообращенными поверхностями секций упомянутых электродов. Секции в первом и втором секционированных электродах выполнены одинаковой длины, при этом секции первого из электродов электрически связаны между собой и соединены с первым выходом генератора переменного напряжения. Второй секционированный электрод выполнен с электрически изолированными одна от другой секциями, каждая из которых соединена с соответствующим ей входом системы определения момента перехода разности токов через ноль в цепях двух смежных секций этого секционированного электрода. Еще один вход упомянутой системы соединен со вторым выходом генератора переменного напряжения, а длина любой из секций первого секционированного электрода выполнена отличной от длины любой из секций второго секционированного электрода на величину, равную заданной разрешающей способности устройства. Технический результат - повышение разрешающей способности устройства до нанометрового диапазона при технологически допустимых ограничениях на выполнение секций электродов по длине (RU 2221217).A device for precision measurement of distances is known, which includes two sectioned electrodes placed opposite each other with the possibility of moving in the direction of changing the area of their mutual overlap while maintaining a constant gap between the reciprocal surfaces of the sections of the said electrodes. The sections in the first and second sectioned electrodes are made of the same length, while the sections of the first of the electrodes are electrically connected to each other and connected to the first output of the alternating voltage generator. The second sectioned electrode is made with sections electrically isolated from one another, each of which is connected to the corresponding input of the system for determining the moment of difference in currents passing through zero in the circuits of two adjacent sections of this sectioned electrode. Another input of the said system is connected to the second output of the alternating voltage generator, and the length of any of the sections of the first sectioned electrode is different from the length of any of the sections of the second sectioned electrode by an amount equal to the specified resolution of the device. The technical result is an increase in the resolution of the device to the nanometer range with technologically permissible restrictions on the execution of the sections of the electrodes along the length (RU 2221217).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и технологии изготовления, поскольку требуется высокая точность (до одного нанометра) изготовления электродов. Кроме того, из-за необходимости определения момента перехода разности токов через ноль в цепях двух смежных секций секционированного электрода возрастают требования к регистрирующей аппаратуре, которая будет вносить недопустимые погрешности в измерениях.A disadvantage of the known device is the complexity of the design and manufacturing technology, because it requires high accuracy (up to one nanometer) of the manufacture of electrodes. In addition, due to the need to determine the moment of the difference between the currents going through zero in the circuits of two adjacent sections of the sectioned electrode, the requirements for recording equipment increase, which will introduce unacceptable errors in the measurements.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для прецизионных перемещений, которое может быть использовано в качестве эталона для определения перемещений и линейных размеров объектов в нанометровом диапазоне и включает пластину из пьезоэлектрического материала с нанесенными на две ее противоположные стороны электродами, подключенными к источнику напряжения (RU 2284464). Устройство позволяет управляемо перемещать отсчетную поверхность с пространственной разрешающей способностью в доли нанометров. Однако при таких величинах перемещений существенным становится влияние внешних электромагнитных полей на точность перемещений.Closest to the claimed is a device for precision displacements, which can be used as a reference for determining the displacements and linear dimensions of objects in the nanometer range and includes a plate of piezoelectric material with electrodes deposited on its two opposite sides connected to a voltage source (RU 2284464) . The device allows you to controllably move the reference surface with a spatial resolution of fractions of nanometers. However, at such magnitudes of displacements, the influence of external electromagnetic fields on the accuracy of displacements becomes significant.
Заявляемое устройство направлено на повышение точности калибровки современных, используемых в промышленности конфокальных микроскопов и оптических интерферометров.The inventive device is aimed at improving the calibration accuracy of modern, used in industry confocal microscopes and optical interferometers.
Указанный результат достигается тем, что эталон для калибровки оптических приборов содержит размещенный на основании элемент из пьезоэлектрического материала с обратным пьезоэффектом с малым гистерезисом с нанесенными на две его противоположные стороны электродами, подключенными к источнику напряжения, и дополнен вторым идентичным элементом из пьезоэлектрического материала с нанесенными на две его противоположные стороны электродами, также подключенными к источнику напряжения, при этом элементы соединены между собой поверхностями с нанесенными электродами с образованием общего центрального электрода и подключены к источнику напряжения так, что внешние электроды полученной сборки заземлены, а элементы выполнены так, что при подаче управляющего напряжения на электроды происходит одновременная однонаправленная относительно основания деформация обоих элементов.This result is achieved by the fact that the standard for calibrating optical instruments contains an element placed on the base of a piezoelectric material with a reverse piezoelectric effect with a small hysteresis with electrodes deposited on two opposite sides connected to a voltage source, and is complemented by a second identical element of a piezoelectric material deposited on its two opposite sides with electrodes also connected to a voltage source, while the elements are interconnected to the surfaces and with deposited electrodes with the formation of a common central electrode and connected to a voltage source so that the external electrodes of the resulting assembly are grounded, and the elements are made so that when a control voltage is applied to the electrodes, the deformation of both elements is simultaneously unidirectional relative to the base.
Указанный результат достигается тем, что центральный электрод подключен к источнику напряжения через комплексное сопротивление, а внешние электроды и центральный электрод соединены между собой через комплексное сопротивление параллельно комплексному сопротивлению элементов из пьезоэлектрического материала.This result is achieved by the fact that the central electrode is connected to the voltage source through the complex resistance, and the external electrodes and the central electrode are connected to each other through the complex resistance parallel to the complex resistance of the elements of the piezoelectric material.
Указанный результат достигается тем, что электроды выполнены пористыми. Отличительными признаками предлагаемого устройства являются:The specified result is achieved by the fact that the electrodes are made porous. Distinctive features of the proposed device are:
- дополнение устройства вторым элементом из пьезоэлектрического материала с нанесенными на две ее противоположные стороны электродами, подключенными к источнику напряжения;- supplementing the device with a second element of piezoelectric material with electrodes deposited on its two opposite sides connected to a voltage source;
- элементы соединены с образованием общего для обоих элементов центрального электрода;- the elements are connected to form a common central electrode for both elements;
- внешние электроды полученной сборки заземлены;- the external electrodes of the resulting assembly are grounded;
- элементы выполнены так, что при подаче управляющего напряжения векторы их деформации направлены в одну сторону;- the elements are made so that when the control voltage is applied, their deformation vectors are directed in one direction;
- центральный электрод подключен к источнику напряжения через комплексное сопротивление, а внешние электроды и центральный электрод соединены между собой через комплексное сопротивление параллельно комплексному сопротивлению элементов из пьезоэлектрического материала;- the central electrode is connected to the voltage source through the complex resistance, and the external electrodes and the central electrode are connected to each other through the complex resistance parallel to the complex resistance of the elements of the piezoelectric material;
- электроды выполнены пористыми.- electrodes are made porous.
Если в качестве эталона использовать два элемента из пьезоэлектрического материала, установленных один на другом с образованием общего для обоих элементов электрода и с заземлением внешних электродов полученной сборки, то, с одной стороны, снижается влияние внешних электромагнитных полей на величину и точность перемещений, а с другой стороны, для получения требуемой величины перемещения необходимо прикладывать в два раза меньшее напряжение по сравнению с прототипом, что также влияет на точность. Элементы выполняют так, что при подаче управляющего напряжения векторы их деформации направлены в одну сторону.If we use two elements of piezoelectric material mounted on top of one another to form a common electrode for both elements and ground the external electrodes of the resulting assembly, then, on the one hand, the effect of external electromagnetic fields on the magnitude and accuracy of movements is reduced, and on the other hand, to obtain the desired amount of displacement, it is necessary to apply half the voltage as compared with the prototype, which also affects the accuracy. The elements are designed so that when the control voltage is applied, their deformation vectors are directed in one direction.
В зависимости от требуемого направления перемещения пластину выполняют с ориентацией кристаллографических осей (в случае использования монокристаллического материала) или вектора поляризации (в случае использования поляризованной пьезокерамики), обеспечивающей при подаче напряжения на электроды одновременное сонаправленное изменение размеров пластины в направлении, параллельном плоскости электродов, или пластину выполняют с ориентацией кристаллографических осей, обеспечивающей при подаче напряжения на электроды одновременное расширение или сжатие размеров пластины в направлении, перпендикулярном плоскости электродов.Depending on the desired direction of movement, the plate is made with the orientation of the crystallographic axes (in the case of using single-crystal material) or a polarization vector (in the case of using polarized piezoceramics), which ensures, when voltage is applied to the electrodes, simultaneous co-directional resizing of the plate in a direction parallel to the plane of the electrodes, or the plate perform with the orientation of the crystallographic axes, providing simultaneous voltage supply to the electrodes asshirenie or compression plate sizes in the direction perpendicular to the plane of the electrodes.
Наиболее оптимальным является подключение элементов к источнику напряжения так, что центральный электрод подключен к источнику напряжения через комплексное сопротивление, а внешние электроды и центральный электрод соединены между собой через комплексное сопротивление параллельно комплексному сопротивлению элементов из пьезоэлектрического материала. Поскольку источник напряжения находится вне калибрующей установки, то при передаче сигнала от источника напряжения до элементов пьезоэлектрического материала форма сигнала искажается. Для уменьшения искажений используется корректирующая цепочка, состоящая из последовательно и параллельно соединенных комплексных сопротивлений, корректирующая временные искажения при передаче управляющего напряжения. Величина последовательно соединенного комплексного сопротивления, соединяющего центральный электрод и источник напряжения, выбирается прямо пропорциональной величине комплексного сопротивления, состоящего из параллельно соединенных элементов из пьезоэлектрического материала и параллельно соединенного с ними второго комплексного сопротивления. В результате выполнения данного соотношения искажения формы электрических сигналов, подаваемых от источника напряжения, минимальны по сравнению с формой электрического сигнала на элементах из пьезоэлектрического материала.The most optimal is to connect the elements to a voltage source so that the central electrode is connected to the voltage source through the complex resistance, and the external electrodes and the central electrode are connected to each other through the complex resistance parallel to the complex resistance of the elements of the piezoelectric material. Since the voltage source is located outside the calibrating installation, when the signal is transmitted from the voltage source to the elements of the piezoelectric material, the waveform is distorted. To reduce distortion, a corrective chain is used, consisting of series and parallel connected complex resistances, which corrects temporary distortions when transmitting control voltage. The value of the series-connected complex resistance connecting the central electrode and the voltage source is selected directly proportional to the value of the complex resistance, consisting of elements connected in parallel from a piezoelectric material and a second complex resistance connected in parallel with them. As a result of this ratio, the distortion of the shape of the electrical signals supplied from the voltage source is minimal compared to the shape of the electrical signal on the elements of the piezoelectric material.
Электроды выполняют пористыми для уменьшения механических напряжений из-за различия температурных коэффициентов расширения электродов и пьезоэлектрического материала элементов. Таким образом происходит уменьшение жесткости электродной конструкции в горизонтальном направлении, что увеличивает величину и точность перемещения эталона.The electrodes are made porous to reduce mechanical stresses due to differences in temperature coefficients of expansion of the electrodes and the piezoelectric material of the elements. Thus, the stiffness of the electrode structure decreases in the horizontal direction, which increases the magnitude and accuracy of the movement of the standard.
Сущность предлагаемого устройства поясняется примерами реализации и чертежами. На фиг. 1 представлен схематично вариант реализации устройства, обеспечивающий одновременное сжатие или одновременное растяжение в направлении, перпендикулярном плоскости электродов (стрелками показано направление деформации при приложении напряжения). На фиг. 2 представлен схематично вариант реализации устройства, обеспечивающий одновременное сонаправленное перемещение в направлении, параллельном плоскости электродов.The essence of the proposed device is illustrated by examples of implementation and drawings. In FIG. Figure 1 shows schematically an embodiment of the device that provides simultaneous compression or simultaneous tension in a direction perpendicular to the plane of the electrodes (arrows indicate the direction of deformation when voltage is applied). In FIG. 2 schematically shows an embodiment of the device, providing simultaneous co-directional movement in a direction parallel to the plane of the electrodes.
На фиг. 3 и 4 представлены схематично предпочтительные варианты реализации устройства с оптимальными схемами подключения к источнику напряжения.In FIG. Figures 3 and 4 show schematically preferred embodiments of the device with optimal circuits for connecting to a voltage source.
Устройство содержит устанавливаемую на основание 1 сборку, состоящую из двух одинаковых элементов 2 и 3 из пьезоэлектрического материала с обратным пьезоэффектом с нанесенными на две их противоположные стороны электродами 4, подключенными к источнику напряжения 5. Внешние электроды полученной сборки заземлены.The device comprises an assembly installed on the
В предпочтительных вариантах реализации устройства с оптимальными схемами подключения к источнику напряжения центральный электрод сборки соединен с источником напряжения 5 через комплексное сопротивление 6. Пьезоэлектрические элементы 2 и 3, являющиеся компонентами электрической схемы их подключения к источнику напряжения, представлены комплексным сопротивлением 7, параллельно которому подключено комплексное сопротивление 8, соединяющее между собой центральный электрод сборки и один из внешних электродов.In preferred embodiments of the device with optimal circuits for connecting to a voltage source, the central electrode of the assembly is connected to
Устройство используется следующим образом.The device is used as follows.
Сначала измеряют зависимость суммарного изменения размеров пьезоэлектрических элементов 2 и 3 от прикладываемого к электродам 4 напряжения, т.е. строят градуировочный график. Построение градуировочного графика производится путем подачи на электроды устройства фиксированного напряжения и измерения соответствующего перемещения верхней поверхности.First, the dependence of the total size change of the
Измерение перемещения производится известными методами с помощью эталонной 3D лазерной интерферометрической системы измерения наноперемещений (на основе атомно-силового микроскопа и 3-х лазерных интерферометров).The measurement of displacement is carried out by known methods using a reference 3D laser interferometric system for measuring nanoscale displacements (based on an atomic force microscope and 3 laser interferometers).
Для измерения перемещения перпендикулярно поверхности электродов размещают устройство, обеспечивающее перемещение в направлении, перпендикулярном плоскости электродов в системе измерения наноперемещений, подводят к поверхности устройства зонд микроскопа на расстояние, при котором работает система стабилизации зазора, подают напряжение на устройство и измеряют расстояние, на которое переместилась поверхность устройства при подаче напряжения. Далее изменяют величину подаваемого напряжения и снова производят измерение величины перемещения поверхности устройства.To measure the displacement perpendicular to the surface of the electrodes, a device is placed that provides displacement in the direction perpendicular to the plane of the electrodes in the nanoscale measuring system, a microscope probe is brought to the surface of the device at a distance at which the gap stabilization system operates, voltage is applied to the device, and the distance that the surface has moved is measured devices when voltage is applied. Next, change the magnitude of the applied voltage and again measure the magnitude of the displacement of the surface of the device.
В результате многократных измерений перемещений, выполненных при различных значениях напряжения, составляется таблица результатов экспериментальных измерений, на основе которой строится градуировочный график зависимости величины перемещения поверхности устройства в направлении, перпендикулярном плоскости электродов, от величины приложенного напряжения.As a result of multiple measurements of displacements performed at different voltage values, a table of experimental measurements is compiled, based on which a calibration graph is plotted against the magnitude of the displacement of the surface of the device in the direction perpendicular to the plane of the electrodes on the magnitude of the applied voltage.
Величину смещения в горизонтальной плоскости можно определять, привязавшись к какому-либо дефекту на поверхности, которая подвергается смещению при подаче напряжения на электроды, поскольку любая поверхность имеет дефекты, размер которых может колебаться от одного атома до нескольких сот нанометров. Для удобства использования можно поместить на смещаемой поверхности контрастную, легко обнаруживаемую метку. Например, это может быть посаженный с помощью зондового микроскопа атом вещества, отличного от вещества электрода, и вещества кристалла или группа атомов. Метка может быть напылена через маску или может быть нанесена линейка меток, расположенных на равном или различном расстоянии друг от друга (например, линейная или логарифмическая шкалы), и их размер может достигать нескольких сот нанометров.The amount of displacement in the horizontal plane can be determined by binding to any defect on the surface that undergoes displacement when voltage is applied to the electrodes, since any surface has defects whose size can range from one atom to several hundred nanometers. For ease of use, a contrasting, easily detectable mark can be placed on a movable surface. For example, it can be an atom of a substance other than the substance of an electrode and a substance of a crystal or a group of atoms planted using a probe microscope. The mark can be sprayed through the mask or a line of marks can be applied that are located at equal or different distances from each other (for example, a linear or logarithmic scale), and their size can reach several hundred nanometers.
При измерении перемещения параллельно плоскости электродов измерения производятся путем размещения эталона, обеспечивающего перемещение в направлении, параллельном плоскости электродов, подвода зонда микроскопа на расстояние, при котором работает система стабилизации зазора, к поверхности метки, сканирования поверхности в области расположения метки, подачи напряжения на устройство, повторного сканирования поверхности в том же режиме и измерения расстояния, на которое переместилась метка при подаче напряжения. Далее изменяют величину подаваемого напряжения и снова производят измерение величины перемещения метки на поверхности устройства. В результате многократных измерений перемещений, выполненных при различных значениях напряжения, составляется таблица результатов экспериментальных измерений, на основе которой строится градуировочный график зависимости величины перемещения метки на поверхности устройства в направлении, параллельном плоскости электродов, от величины приложенного напряжения.When measuring movement parallel to the plane of the electrodes, measurements are made by placing a standard that provides movement in a direction parallel to the plane of the electrodes, bringing the microscope probe to the distance at which the gap stabilization system works, to the mark surface, scanning the surface in the mark location area, applying voltage to the device, re-scanning the surface in the same mode and measuring the distance that the mark moved when voltage was applied. Next, change the magnitude of the applied voltage and again measure the magnitude of the movement of the mark on the surface of the device. As a result of multiple measurements of displacements performed at different voltage values, a table of experimental measurements is compiled, based on which a calibration graph is constructed of the magnitude of the movement of the mark on the surface of the device in a direction parallel to the plane of the electrodes on the magnitude of the applied voltage.
С помощью предлагаемого устройства, используемого в качестве эталона, можно градуировать различную измерительную аппаратуру, которая должна обеспечивать измерения в двух взаимно перпендикулярных направлениях.Using the proposed device used as a reference, it is possible to graduate various measuring equipment, which should provide measurements in two mutually perpendicular directions.
Для градуировки какого-либо прибора (например, зондового микроскопа) по нормали или горизонтали к исследуемой поверхности предлагаемое устройство (обеспечивающее перемещение по нормали или по горизонтали к плоскости электродов соответственно) размещается в нем. Например, если нужно проградуировать сканирующий зондовый микроскоп, то устройство размещают на предметном столике сканирующего зондового микроскопа и подводят к поверхности устройства с меткой зонд на расстояние зазора (порядка 0.5 нм) между вершиной зонда и поверхностью устройства, при котором работает система стабилизации. Стабилизация зазора может осуществляться путем стабилизации туннельного тока (при работе в режиме туннельной микроскопии) или путем стабилизации величины силы, воздействующей на зонд (при работе в режиме атомно-силовой микроскопии). Стабилизация зазора осуществляется электронной системой управления, осуществляющей сравнение сигналов с измерительных устройств с заданными величинами и вырабатывающей управляющие сигналы на исполнительные устройства.To calibrate a device (for example, a probe microscope) along the normal or horizontal to the surface under study, the proposed device (providing movement along the normal or horizontal to the plane of the electrodes, respectively) is placed in it. For example, if you need to calibrate a scanning probe microscope, the device is placed on the stage of a scanning probe microscope and brought to the surface of the device with the probe mark at a distance of the gap (of the order of 0.5 nm) between the tip of the probe and the surface of the device at which the stabilization system operates. The stabilization of the gap can be achieved by stabilizing the tunneling current (when operating in tunnel microscopy mode) or by stabilizing the magnitude of the force acting on the probe (when operating in atomic force microscopy mode). The gap is stabilized by an electronic control system that compares signals from measuring devices with specified values and generates control signals to actuators.
При градуировке тестируемого измерительного устройства по вертикали, на устройство для прецизионных перемещений, обеспечивающее перемещение по вертикали, на электроды подается фиксированное напряжение. При этом поверхность устройства перемещается на расстояние, величина которого определяется по градуировочной таблице. Система стабилизации зазора обеспечивает соответствующее перемещение зонда на то же расстояние, на которое перемещается поверхность образца. Величина перемещения зонда измеряется измерительными устройствами зондового микроскопа. Таким способом величине показаний измерительных приборов зондового микроскопа, измеряющих расстояние, на которое перемещается зонд, ставится в соответствие величина расстояния, известная из градуировочной кривой, на которое перемещается поверхность устройства. Далее напряжение, подаваемое на устройство, изменяется, и процесс измерения повторяется. В результате проведения ряда измерений при различных значениях напряжения составляется таблица соответствия величины перемещения устройства и показаний устройств зондового микроскопа, измеряющих перемещение зонда.When calibrating the tested measuring device vertically, a fixed voltage is applied to the electrodes to the device for precision movements, providing vertical movement, to the electrodes. In this case, the surface of the device moves a distance, the value of which is determined by the calibration table. The gap stabilization system ensures that the probe moves appropriately at the same distance that the sample surface moves. The amount of probe movement is measured by the measuring devices of the probe microscope. In this way, the magnitude of the readings known from the calibration curve by which the surface of the device is associated with the value of the readings of the measuring instruments of the probe microscope, measuring the distance over which the probe moves. Further, the voltage supplied to the device changes, and the measurement process is repeated. As a result of a series of measurements at various voltage values, a table is compiled of the correspondence of the displacement of the device and the readings of the probe microscope devices that measure the displacement of the probe.
При градуировке измеряемого устройства по горизонтали в плоскости, параллельной плоскости электродов, зонд микроскопа подводится к метке, производится сканирование поверхности в области расположения метки, и на устройство для прецизионных перемещений, обеспечивающее перемещение по горизонтали к плоскости электродов, подается фиксированное напряжение. При этом поверхность устройства перемещается на расстояние, величина которого определяется по градуировочной таблице.When calibrating the measured device horizontally in a plane parallel to the plane of the electrodes, the microscope probe is brought to the mark, the surface is scanned in the area of the mark, and a fixed voltage is applied to the device for precision movements, which provides horizontal movement to the plane of the electrodes. In this case, the surface of the device moves a distance, the value of which is determined by the calibration table.
Повторное сканирование зондом микроскопа по поверхности устройства с меткой и сравнение результатов повторного сканирования с предыдущими позволяют произвести измерение ее перемещения измерительными приборами зондового микроскопа.Repeated scanning with a probe of a microscope on the surface of the device with a mark and comparing the results of repeated scanning with the previous ones allow measuring its movement with measuring instruments of a probe microscope.
Таким способом величине показаний измерительных приборов зондового микроскопа, измеряющих расстояние, на которое переместилась метка, ставится в соответствие величина перемещения метки, известная из градуировочной кривой. Далее напряжение, подаваемое на устройство, изменяется, и процесс измерения повторяется. В результате проведения ряда измерений при различных значениях напряжения составляется таблица соответствия величины перемещения метки и показаний приборов зондового микроскопа, измеряющих ее перемещение.In this way, the magnitude of the readings of the measuring instruments of the probe microscope, measuring the distance by which the mark has moved, is associated with the magnitude of the movement of the mark, known from the calibration curve. Further, the voltage supplied to the device changes, and the measurement process is repeated. As a result of a series of measurements at various voltage values, a table is compiled of the correspondence between the magnitude of the displacement of the mark and the readings of the probe microscope instruments measuring its displacement.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016115575A RU2626194C1 (en) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | Standard for calibrating optical devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016115575A RU2626194C1 (en) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | Standard for calibrating optical devices |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2626194C1 true RU2626194C1 (en) | 2017-07-24 |
Family
ID=59495824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016115575A RU2626194C1 (en) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | Standard for calibrating optical devices |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2626194C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU244633A1 (en) * | И. Ш. Эцин | PHOTOELECTRIC DEVICE FOR MEASURING SMALL DISPLACEMENTS | ||
| US5223713A (en) * | 1991-01-11 | 1993-06-29 | Jeol Ltd. | Scanner for scanning tunneling microscope |
| RU2284464C2 (en) * | 2004-12-28 | 2006-09-27 | Алексей Леонидович Максимов | Precision displacement device |
| EP2696163A1 (en) * | 2011-04-08 | 2014-02-12 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Displacement sensor, displacement detecting apparatus, and operation device |
| US20140152151A1 (en) * | 2011-06-01 | 2014-06-05 | Alexander Potemkin | Device for Precision Displacement |
-
2016
- 2016-04-21 RU RU2016115575A patent/RU2626194C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU244633A1 (en) * | И. Ш. Эцин | PHOTOELECTRIC DEVICE FOR MEASURING SMALL DISPLACEMENTS | ||
| US5223713A (en) * | 1991-01-11 | 1993-06-29 | Jeol Ltd. | Scanner for scanning tunneling microscope |
| RU2284464C2 (en) * | 2004-12-28 | 2006-09-27 | Алексей Леонидович Максимов | Precision displacement device |
| EP2696163A1 (en) * | 2011-04-08 | 2014-02-12 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Displacement sensor, displacement detecting apparatus, and operation device |
| US20140152151A1 (en) * | 2011-06-01 | 2014-06-05 | Alexander Potemkin | Device for Precision Displacement |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | A new capacitive displacement sensor with nanometer accuracy and long range | |
| Fleming | A review of nanometer resolution position sensors: Operation and performance | |
| CN108680093B (en) | Focusing distance measuring device and measuring method in optical focusing mechanism | |
| Missoffe et al. | New simple optical sensor: From nanometer resolution to centimeter displacement range | |
| US20170236992A1 (en) | Device for Precision Displacement | |
| RU2626194C1 (en) | Standard for calibrating optical devices | |
| RU164856U1 (en) | STANDARD OF PRECISION MOVEMENTS | |
| RU2626024C1 (en) | Precision movements device | |
| WO2006083191A1 (en) | Accurately displacing device | |
| Deck et al. | Using the instrument transfer function to evaluate Fizeau interferometer performance | |
| Peiner et al. | Force calibration of stylus instruments using silicon microcantilevers | |
| JP2005331446A (en) | Micro material tester | |
| RU163173U1 (en) | DEVICE FOR CALIBRATION OF OPTICAL INSTRUMENTS | |
| Yoon et al. | An accuracy improvement method for the topology measurement of an atomic force microscope using a 2D wavelet transform | |
| Feige et al. | Calibration of a scanning probe microscope by the use of an interference–holographic position measurement system | |
| Talantsev et al. | Magnetic tunnel junction platforms for linear positioning and nanoscale displacement sensing | |
| Dorozhovets et al. | Development of the interferometrical scanning probe microscope | |
| Dorozhovets et al. | Application of the metrological scanning probe microscope for high-precision, long-range, traceable measurements | |
| Danzebrink et al. | Dimensional nanometrology at PTB | |
| de Boer et al. | Integrated platform for testing MEMS mechanical properties at the wafer scale by the IMaP methodology | |
| Lin et al. | Calibration of standards for precision pitch measurement in the nanometre region by combined scanning tunnelling microscopy and x-ray interferometry | |
| Colchero et al. | Comparison of strain gage and interferometric detection for measurement and control of piezoelectric actuators | |
| Asundi et al. | Phase-shifting AFM moire method | |
| Darznek et al. | Nanoscale displacement measurement | |
| RU2277695C1 (en) | Arrangement for measuring small linear displacements |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190422 |