高精度扫描隧道显微镜的镜体

摘要

高精度扫描隧道显微镜的镜体涉及物体不规则表面及轮廓的纳米测量装置,它主要解决定点测量与加工、延伸测量与加工范围的问题,解决的方案是让工作台在水平方向作二维运动,工作台的位移由两个电动进给机构控制,其水平纵向位移的精度为每步距10纳米,其水平横向位移的精度为每步距50到100纳米,工作台的坐标由位置检测器测知,位置检测的精度为2到10纳米,它们驱动工作台把样品待测点送到测针下,以此实现对样品的定点测量与加工和延伸测量与加工范围的问题,它延伸测量与加工的范围为25×25平方毫米或更大,它主要应用在纳米测量与纳米加工方面。

主权项

1.高精度扫描隧道显微镜的镜体，包括装有压电陶瓷管和测针的测针座、工作台、测针调整装置、垂直方向测针电动进给机构、支撑及隔振装置、屏蔽罩；测针座由三个钢球支撑，其中两个钢球位于调整杆的顶端，另一个钢球位于垂直方向测针电动进给机构终端元件的顶端，工作台位于测针座之下，它被安置在隔振盘的位移机构上，隔振盘由三根弹簧悬挂着，外有屏蔽罩；其特征在于它是一个具有三维自由度的扫描隧道显微镜的镜体，三维位移值分别由三个电动进给机构控制：垂直方向测针电动进给机构包括步进电机[35]、减速器[39]、传动轴[52]、垂直向丝杆[50]、滑动套[48]、限位螺钉[49]、调节螺杆[46]、钢球[11]；起动步进电机，减速器、传动轴随之转动，在限位螺钉及其所在处的竖槽的限制下，滑动套及紧锁在滑动套上的调节螺杆推顶钢球上下位移，这对测针产生了以两个调整杆顶端的钢球为支点的杠杆力，在杠杆力的作用下，测针作接近或远离样品表面的运动；水平方向有水平纵向和水平横向两个电动进给机构，它们共同控制着工作台，使工作台在水平方向作二维运动；水平纵向电动进给机构包括步进电机[35]、减速器[39]、传动轴[41]、螺旋锥齿轮副[42]、纵向丝杆[44]、纵向螺母[54]、中拖板[64]、纵向导轨[43]、隔振主盘[22]；起动步进电机，减速器、传动轴随之转动，带动螺旋锥齿轮副减速转动，同时垂直变换运动方向，使安装在锥齿轮孔中的纵向丝杆作水平纵向转动，与纵向丝杆配合的纵向螺母紧固在中拖板上，中拖板安置在纵向导轨上，纵向导轨固定在隔振主盘上，当纵向丝杆在纵向螺母内转动时，纵向螺母带动中拖板沿纵向导轨作水平纵向运动；水平横向电动进给机构包括步进电机[71]、蜗杆[57]、蜗轮[58]、横向丝杆[61]、横向螺母[62]、工作台[32]、横向导轨[45]，工作台安置在横向导轨上，横向导轨固定在中拖板上，横向丝杆安装在中拖板两侧的侧板[59]与支承[63]上，侧板与支承均固定在中拖板上，步进电机安装在蜗杆支架[56]上，电机轴与纵向丝杆平行；起动步进电机，蜗杆、蜗轮随之转动，经蜗杆、蜗轮减速并垂直换向，使安装在蜗轮孔中的横向丝杆作水平横向转动，与横向丝杆配合的横向螺母紧固在工作台上，当横向丝杆在横向螺母内转动时，横向螺母带动工作台沿横向导轨作水平横向运动；上述三个方向的运动就构成一个有三维自由度的扫描隧道显微镜的镜体；工作台的运动既受水平纵向电动进给机构控制，又受水平横向电动进给机构控制，水平纵向电动进给机构驱动中拖板，水平横向电动进给机构驱动工作台，由于横向丝杆是固定在中拖板的两个侧面上的，横向丝杆与纵向丝杆又互相垂直，所以工作台的位移坐标应该是纵向位移的矢量坐标再迭加上横向位移的矢量坐标；为了监测水平纵向位移，在隔振主盘[22]装有纵向传感器座，纵向位置传感器的检测头与垂直于纵向丝杆的中拖板的端而接触；为了监测水平横向位移，在中拖板支承[63]上装有横向传感器座，横向位置传感器的检测头与垂直横向丝杆的工作台的端面接触；位置传感器可以是电感测微仪，也可以是光栅；驱动电机可以是步进电机，或者是伺服电机，或者是直线电机；丝杆付可以是精密丝杆副，或者是差动丝杆付；垂直方向测针电动进给机构中安装了谐波减速器，螺距为0.5毫米的精密丝杆副，杠杆比为1∶3的测针座装置。