[發(fā)明專利]用于對物體進行微機械定位和操縱的裝置及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200880003396.8
• 申請日: 2008-01-28
• 公開（公告）號: CN101601099A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伊沃·W·蘭杰羅;斯特凡·克勒特;艾莎德·古利耶夫;茨韋坦·伊瓦諾夫;博克哈德·福蘭德
• 申請（專利權(quán)）人: 伊爾梅瑙工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G12B5/00
• 分類號: G12B5/00;H01L41/09
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 車 文;張建濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種裝置和方法，用來優(yōu)選憑借壓電致動器對物體進行微機械定位和操縱。

背景技術(shù)

微機械定位裝置被用于各種領(lǐng)域。最重要的應(yīng)用領(lǐng)域是掃描探針顯微鏡以及納米定位和納米操縱。掃描探針顯微鏡是大功率的工具，例如用于對各種類型的材料的表面特性進行檢測、確定表面上的分子的和原子的相互作用、對單個的生物分子進行成像。但是，市面上的掃描探針顯微鏡由于其定位機構(gòu)和位置監(jiān)控機構(gòu)而具有很大的尺寸，而這樣很大的尺寸又限制了這種顯微鏡的掃描速度和掃描范圍以及使用領(lǐng)域。此外，用在這種顯微鏡上的驅(qū)動機構(gòu)不允許具有較高的動力。

由US?2006/0112760公知一種新型的定位裝置，所述定位裝置具有較高的掃描速度，但是，由于其幾何尺寸和金屬實施方案對于實時成像(視頻碼率成像(約25幅/秒)，具有在納米范圍內(nèi)的橫向和垂直分辨率)僅能受限制地應(yīng)用。

此外，由US?6,806,991B1公知一種靜電地或熱地驅(qū)動的微機械定位系統(tǒng)，憑借該微機械定位系統(tǒng)，雖然尺寸和質(zhì)量都明顯降低，但是不能實現(xiàn)較高的掃描速度。

在掃描探針顯微鏡中，通常利用光學(xué)的方法(例如干涉測量地)來實現(xiàn)位置監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，克服由現(xiàn)有技術(shù)公知的缺點并且提供用于對物體進行微機械定位和操縱的裝置和所屬的方法，憑借所述的裝置和方法可以提高掃描速度和改善定位精確度，從而可以實現(xiàn)具有納米范圍內(nèi)的橫向和垂直分辨率的實時成像或視頻碼率成像(約25幅/秒)。

根據(jù)本發(fā)明地，該任務(wù)在裝置方面通過權(quán)利要求1的特征及在方法方面通過權(quán)利要求20的特征來解決。

本發(fā)明的其它優(yōu)選構(gòu)造方案在從屬權(quán)利要求中給出。

附圖說明

本發(fā)明的其它細節(jié)和優(yōu)點由后續(xù)說明書部分獲悉，其中，參考附圖對本發(fā)明進行詳細描述，在附圖中，相同或類似的部件在所有圖中以同一附圖標(biāo)記標(biāo)明。

其中：

圖1示出用于對物體進行微機械定位和操縱的、根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實施例；

圖1a示出圖1所示裝置的引導(dǎo)元件的放大圖示，該裝置具有集成的定位探測器；

圖2示出依照圖1的實施例的放大圖示；

圖3示出依據(jù)推挽原理(Gegentaktprinzip)在x-方向上對物體進行推移的圖解；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實施例；

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第三實施例；

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第四實施例；

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第五實施例；

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第六實施例；

圖9示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第七實施例；

圖10示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第八實施例；

圖11示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第九實施例；以及

圖12示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第十實施例；

圖13示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第十一實施例。

具體實施方式

在圖1和1a中示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例或該裝置中的放大的部分剖面圖。根據(jù)本發(fā)明，支撐元件101、載物臺116、引導(dǎo)元件102-105以及用于將驅(qū)動元件的運動傳遞到載物臺108-111上的元件是整體的結(jié)構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)件優(yōu)選由晶體取向<111>或<110>的硅制成。由于在現(xiàn)有技術(shù)中充分公知的半導(dǎo)體技術(shù)，由此可以實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的裝置的小型化并同時減少質(zhì)量。此外，單晶態(tài)的硅具有高共振頻率，單晶態(tài)的硅以低質(zhì)量密度下的高剛度為特征，由此，在掃描過程或定位過程中可以憑借根據(jù)本發(fā)明的定位裝置達到很高的極限頻率。

載物臺116通過引導(dǎo)元件102-105與一件式的支撐元件101相耦合，其中，引導(dǎo)元件可以具有各種各樣的形狀(例如L-形)。

優(yōu)選為壓敏電阻式位置傳感器的、一個或多個位置探測器121-128被集成在至少一個引導(dǎo)元件102-105中。這些位置探測器用作針對相應(yīng)的運動方向的偏轉(zhuǎn)傳感器。也可以使用場效應(yīng)晶體管作為位置探測器。在此，通道用作壓敏電阻式探測元件。必需的控制電子裝置在將硅作為結(jié)構(gòu)材料用于根據(jù)本發(fā)明的裝置的情況下例如集成在支撐元件上。

在根據(jù)本發(fā)明的裝置的有利的實施方式中，在所有的引導(dǎo)元件上布置有位置探測器。由此，可以對載物臺的位置進行同時的、多重的評估。

為了對環(huán)境影響(例如溫度波動)進行補償，在另一優(yōu)選實施方式中將位置探測器(壓敏電阻式位置傳感器)接入橋式電路中，其中，該電橋的其它必需的元件可以集成在根據(jù)本發(fā)明的裝置的不可運動的部件上(例如集成在支撐元件上)。