ナノメーターの精密メカニズム - Queensgate の器械による製造者データのデザインそして性格描写

AZoNano - ナノテクノロジー - Queensgate の器械のロゴ

カバーされるトピック

概要

導入

ナノメーターの精密メカニズム (NanoMechanisms) の設計思想

メカニズム

キャパシタンス位置センサー

コントローラ

設計思想および考察

座標系

正確さの位置: 真実性の概念

解像度および騒音

直線性およびマップ

寄生動きおよびエラー

動特性

材料

NanoMechanism 装置のある例

NPS-Z-15A/B

NPS-XY-100A

結論

確認応答

参照

概要

置き、スキャンする超精密の要求に応じるためにはメカニズムを置く副nanometric 正確さと置く機能がある複数の軸線のポジシァヨナーに圧電気および NanoSensor の技術 Queensgate を結合する一連の精密は Queensgate の器械で最近開発されてしまいました。 水平なナノメーターまた更に副ナノメーターの度量衡の機能をどのように達成することができるか説明するためにこのペーパーで設計思想およびこれらのメカニズムの開発で使用される技術の一部はもたらされ、論議されます。 0.01% の直線性のエラー、副ナノメーターヒステリシス、非常に低い角の寄生動きおよびよい動的応答と上演するある最初の結果は含まれている、等示されますです。

導入

近年、精密工学のさまざまなフィールドの急速な開発の結果、持っていてありますナノメーターか、時々、副ナノメーターの解像度および反復性が可能な精密置き、スキャンシステムのための必要性に大きい増加が。 この傾向は育つ期待されさまざまなアプリケーションの要求に応じるようにより新しい装置の調査のための新しい設計思想そして技術が要求します。 例えば、ウエファーのステッパーは 200 nm に線幅が付いているシリコンチップを作っています; スキャンのプローブの顕微鏡がどれだけうまくそのようなチップが作られるか確立するのに使用されています; そして氏ヘッド技術の導入は 5 ギガバイトのディスクが標準になるようにします。 これらの機械およびこれらの機械を作る機械、コンバインはナノメーターの正確さにコンポーネントを置くか、またはよくすることができる高度の動作制御の技術の光学デザインを進めました。

これらの開発の挑戦を受けるためには、 Queensgate の器械は副nanometeric 正確さと置く機能の複数の軸線のポジシァヨナーに圧電気 Queensgate を結合するおよび NanoSensor の技術を置く超精密を開発しています技術。 このシステムは一連の段階で、単一の軸線の段階、 X-Y 段階を含む NanoMechanisms と、呼出されておよび傾く段階等構成されます。 これらの段階の組合せは単位を置く 3 つ、 4 つ、 5 つか 6 つの自由度を提供できます。

ナノメーターの精密メカニズム (NanoMechanisms) の設計思想

メカニズム

圧電気装置にナノメーターの精密位置に必要な解像度および剛さの段階を移動する潜在性があります。 ただし、圧電気装置が非線形で、ヒステリシスを表わすので位置を制御するために、外部センサーは必要となります。 キャパシタンスマイクロメートルはこのタスクに理想的に適しま、効果的に無限である本質的な解像度の機能と小さく、簡単です。 純粋な単一の軸線の動きを達成するためには、軸線の動きを離れてに抑制を実行し、必要な段階システムを形作るために piezo アクチュエーターおよびセンサーを一緒に結合するたわみの指導のメカニズムは使用されます。 たわみは機械で造るパフォーマンスの非常に高精度を与える EDM を使用して段階に普通一貫して切られます。

図 1 はこの種類のシステムの典型的な閉じたループのコントロール・ブロックの図表です。 図表では、センサーによって測定される動きは感じられた動きとコマンドの違いを最小化するために段階を移動するコントローラに戻って入れられます。 この場合、度量衡学のループの位置の精密はセンサーおよびコントローラの機能によって主に定められます。

AZoNano - ナノテクノロジー - NanoMechanism の単一の軸線の制御システムのブロックダイヤグラム。

図 1. NanoMechanism の単一の軸線の制御システムのブロックダイヤグラム。

キャパシタンス位置センサー

NanoSensor は < 指定動作範囲に 0.02% の直線性のエラーの非常に線形キャパシタンス感知装置です (普通 100 ~ 500 の µm 間で)。 0.01% の下のの減らされた範囲の直線性のエラーに作動は可能です。 NanoSensor に < 0.005 nm の正常な動作で定位置騒音レベルがあります。Hz (RMS) は極度のアンバーまたは Zerodur のような非常に安定した材料からおよび製造することができます。 それはヒステリシスから無接触そして自由です。 それにまた測定の時点で非常にコンパクト、簡単、安い、そして電力損失無しの利点があります。 従ってそれは非常に小さい変位の正確な測定にうってつけです。

コントローラ

0.1 nm の解像度および 100 µm 機能が付いているシステムを設計した場合それが 1 部のダイナミックレンジの百万である、または 20 ビットであるので計算機制御の下の範囲がデジタル式に普通非常に困難ことアクセスする及んで下さい。 この問題 Queensgate をアドレス指定するためには 21 ビット (DSP)以上の本質的な解像度がある、開発しデジタル式にアドレス指定可能ですディジタル信号プロセッサの基づいた制御システムを。 これがずっと使用できるほとんどの A/D および D/A のコンバーターの解像度を現在超過し、ほとんどのアプリケーションの騒音レベルの下にあることが注意されるべきです。 高度のデジタル PID の制御アルゴリズムはシステムで使用されました。 閉じたループのコントローラのブロックダイヤグラムは図 2. で示されています。 システム応答は比例した、差動タームをもたらすことによって改善することができます。 速度のフィードバック (差動ターム) は演算時間を減らす機械共鳴を弱めることで非常に助けることができます。 働く帯域幅はコンピュータによって制御することができ、ループパラメータはパフォーマンス最適化のためのユーザーによって定義されます。

AZoNano - ナノテクノロジー - PID の閉じたループ制御のブロックダイヤグラム。

図 2. PID の閉じたループ制御のブロックダイヤグラム。

そのようなコントローラを使用して非直線性を測定し、補正することは可能です。 なおそのようなメカニズムの寄生角動きが特徴付けられたら複雑な複数の軸線システムのそれらを補正することは可能です。 直線性のエラーは十分に 0.02% < 償うことができます。 それの下で測定は口径測定システムの本質的な直線性によって普通限定されます。

この償いの技術の使用はナノメーターのレベルで度量衡の機能を達成して非常に重要です。 それは制御ループの中ではセンサーが絶対に線形ではない、従ってシステム直線性はソフトウェアの補償によって更に改善することができますこと明らかです。 理想的には、メカニズムは純粋な直角動きを表わすべきです - すなわち、 X-Y 装置は x および y軸に沿う自由度がなければただなりません。 実際には、そこに自由な (寄生) 動き内部圧力および製造の限定によるゆがみから起こるあります。 これらの寄生動きからのエラーは機械デザインの最適化によって最小化され、補償の技術によって更に減ることができます。 予想できるときだけ寄生エラーが償うことができることに注目して下さい、すなわち寄生動きはまた反復可能ただ測定可能でなければなりません。

設計思想および考察

座標系

最初に定義することは必要調整します位置を記述するのに使用されてです。 段階を置くために使用するべき明らかなシステムは直角直交座標系をです。 この 1 つを使うと Z 座標図 3. に示すように X、 Y および Z の斧についての回転のコンポーネントとして任意の回転は、 X、 Y、を使うと位置を定義。 もっと有効に 1 つは X、 Y の変更として動きを記述でき、 Z 座標。 回転は右利きの感覚で X、 Y および Z の斧に関して記述されています。 タームは投げましたり、転送し、回転述べているときヨーイングは頻繁に使用されます。 これらのタームは直線運動によって引き起こされる寄生回転を記述するとき有用ですが彼らが定義された軸線システムよりもむしろ動きの方向参照されると同時に大きい心配は取られなければなりません。 飛行中の飛行機のために、翼先端から翼先端に引出される軸線についての回転はピッチです; 胴体の長さの下で引出される軸線についての回転はロールであり、縦の軸線についての回転はヨーイングです。 定義されたデカルトシステムでは 「飛行機」が肯定的な X の方向θに沿ってならピッチ飛べば、γはロールであり、φはヨーイングです。

AZoNano - ナノテクノロジー - 座標系。

図 3. 座標系。

正確さの位置: 真実性の概念

段階を移動するためには、位置コマンドはコンピュータによってコントローラに送られます。 動きは piezo アクチュエーターによって作り出され、センサーによって監察されます。 フィードバック信号を使用して、コントローラは感じられた動きとコマンドの違いを最小化するために段階を移動します。 小さい相違がどのようにある場合もあるか正確に段階がどのように置くことができるか主にシステムの制御の能力によって定められ、ように解読することができます。 それは位置の精密が解像度 (騒音レベル)、再現性 (ドリフトおよびヒステリシス) およびシステムことをのエラー (マップの高位エラー) をマップすることによって主に影響されること明らかです。 さらに、段階の動きが完全なシステムであると外部測定器によって測定されれば仮定されたり命じられた位置と望ましい位置の違いがある: 近いそれらがどのようにあるか真実性の位置と定義されます。 従って、最終的な位置の正確さは図 4. に示すように位置の精密および位置の真実性両方によって、定められるべきです。 これらが NanoMechanisn デザインでをどのように取扱われるか次のセクションで論議されます。

AZoNano - ナノテクノロジー - 測定の正確さ。

図 4. 測定の正確さ。

解像度および騒音

測定または位置の解像度はシステムの騒音レベルと直接関連しています。 ピーク・ツー・ピーク騒音レベルは容易に随分長く待っていればあらゆる騒音の分布と大きい偏差を得ることができるので、測定されませんし、解読されません。 従って標準装置によって測定することができる rms 値は普通使用されます。 騒音の振幅分布は解像度を見るとき重要です。 通常ガウス騒音は支配し、この場合 rms は標準偏差、シグマと同等です。 取られたサンプルの 68.3% は平均の 1 シグマの内にあります。 それは図 5 である 2 つの機能の解決の 68.3% のチャンスがあることを意味します、 (または離れて 6 シグマである) 2 つの解決の 99.7% のチャンスに示すように騒音の 2 シグマの離れて間隔、機能の。

AZoNano - ナノテクノロジー - 2 つの位置を解決すること

2 つの位置を解決する図 5

ノイズパワースペクトルは最も重要な情報です。 それは 50 か 60 の Hz に集中する騒音の根本的なもとを現れることができます - 本管のような…取りあげて下さい。 図 6 は DSP によって基づく NPS3000 コントローラのノイズパワースペクトルの測定を示します。 これは < 10 pm の騒音レベルを示します。Hz. テストでは 100 つの Hz の段階の働く帯域幅のクローズド・ループモードの単一の軸線の段階を、 (NPS-Z-15B)、制御するのに、 NPS3000 コントローラが使用されています。 計画される騒音シグナルは piezo アクチュエーターに適用される HV 駆動機構の電圧からあります。 50 の Hz の本管ははっきり見ることができますが非常に低レベルで選びます。

AZoNano - ナノテクノロジー - NPS3000 コントローラのスペクトルを言い触らして下さい

図 6. NPS3000 コントローラの騒音スペクトル。

NanoMechanism システムの騒音はセンサーの騒音、 piezo 駆動機構の騒音、機械騒音および音響の騒音で、一般に、構成されます。 センサーの騒音は制御ループによってのでコマンド解読され、こうして実際の変位の騒音になる。 センサーからのフィードバック信号が piezo アクチュエーターに適用されるべき駆動機構の電圧を生成するのに使用されています。 Piezo 駆動機構の電圧騒音はこのプロセスで騒音を置く段階に貢献するためにもたらされ。 この騒音の効果はセンサーによって検出され、従って少なくとも部分的に servoed できます。 servo へのシステムの能力はセットされる帯域幅によって駆動機構の騒音決まります: より高い帯域幅よりよく貢献は servoed。 地上振動および音響の騒音のような外部機械入力によりまた段階は移動します。 これらの入力の効果は段階の剛さを高めることによって最小化することができます。 それはまたシステムの帯域幅が十分に高ければ servoed できます。 制御システム NPS3000 のために測定の帯域幅は 12 の kHz および段階のメカニズムの動特性によって普通支配される閉じたループの帯域幅に 2 つの kHz セットアップすることができます。

直線性およびマップ

理想的な世界では、段階は完全に線形べきです。 世界はかなりほとんど理想的しかしです。 実際にはキャパシタンスセンサーの直線性はわずかなギャップ (または空電キャパシタンス) の厚さおよび電極の表面、等 [1] の非パラレリズムのような多くの要因によって影響されることができます。 段階の実際の動きか位置がおよびこうして直線性の補償を加えるためにであるもの知るためには、システムは高精度の外部測定器に対して目盛りが付いていなければなりません。 コマンド位置、cとして表現されたマッピング機能と内部センサーおよび実際の位置、 x によってp位置を表す x の、ある程度は、関連付けることができます、 x =p f (x) 測定しましたc。 簡単な形式のマッピング機能は冪級数です

(1)

理想的には a0、 a23 a は4…ゼロおよび a1 単一性です; そしてセンサーの距離係数、 a1 は、ユーザーのコンピュータに戻って入れられる仮説的に完全で正確な位置センサーおよび位置の測定によって測定されるように実際の段階の位置間の関係を記述する線形要因です。 マップの真実性は個人 「a」係数のエラーのセットによって特徴付けられます。 マッピング機能が最初順序 (直線) である時、マップのエラーは距離係数の不確実性になります。 測定のための実際の位置と最もよい適合の直線間の残余は直線性のエラー (普通合う線形ベストからの残余を選ぶために私達は ½ の一突きと直線性のエラーを定義します) を与えます。 一例として、 100 つの µm の範囲装置の 0.05% の直線性のエラーは 0 の µm の位置と 100 つの µm の位置間の 50 nm の絶対位置の不確実性で図 7 (a) に示すように線形近似がなされるとき起因します。 通常 NanoSensors のため直線性からの偏差は大体放物線であり、あるシステムにこれは DSP を含まないで電子的に補正し易いです。 不完全な 1 つを、わずかに償った結果別のものの放物線は通常大いにより低い振幅の S 字型カーブです従ってマップのエラーは図 7 (b) に示すように大いにより低いです。 これは a の使用と同等1 同等化2 1. のタームであり。 1 つが高位タームを使用することよりよい結果は達成されてもよい。 これはマイクロプロセッサ・ベースセンサーシステムまたは外部にユーザーのコンピュータで容易にすることができます。 行くことで得るべき少しが高くより四番目に命令することをあることが、見ます図 7 (c) を分られました。

AZoNano - ナノテクノロジー - エラーおよび直線性をマップすること

(a)

AZoNano - ナノテクノロジー - エラーおよび直線性をマップすること

(b)

AZoNano - ナノテクノロジー - エラーおよび直線性をマップすること

(c)

図 7. マップのエラーおよび直線性。

寄生動きおよびエラー

段階の寄生動きは角どちらかとして識別することができます: x、 y および z の斧についての回転; または線形: 平らな動き、非直交性および混線から; そして予想外の位置誤差をもたらします。 段階ボディのゆがみによって引き起こされる寄生動きは注意深いデザインおよび構造のパラメータ最適化によって最小化することができます。 抑制された斧では剛さは動きの軸線でできるだけ低くできるだけ高く、そしてあるように設計されているべきです。 これは NanoMechanisms できちんとたわみパターンを配列し、たわみパラメータを注意深く選択することによって達成されます。 ただし、たわみデザインは時々、モードカップリングのために、すべての方向の剛さが高いように要求するシステム共振周波数限定されます。 有限な要素分析 FEA が使用することができますローカルおよび全体的なゆがみを予測するのにおよびそれ故に力を結合解除するために構造がきちんと最適化することができるか、または避けられないゆがみを作るために互いを取り消しなさいことを。 これらの寄生動きが予想できれば償うことができます。 、これらの動きが段階の位置の機能であるが注目しま、必ずしも線形でであってはなりませんことに複雑な地形に導きます。 不可能動きのどのヒステリシスでも予言を非常にハードします。 従って、システムの力の変更は非常に線形および反復可能でなければなりません。 摩擦は力の変更の方向によるヒステリシスのもと常にです。

標本が NanoMechanism に取付けられるとき、聖職者のエラーは寄生角動きが注意深く原因で考慮されなければなりません。 小さい角エラーはナノメーターのレベルで大きい影響があることができます: 例えば、 1 つの mm のオフセットのちょうど 1 つの µrad の傾きは nm の位置誤差 1 つ与えます。 この効果を減らすためには、標本はセンサーの測定の斧にできるだけ近く置かれるべきです。 例えば、 x-y-z の三軸の NanoMechanism システムに標本のホールダーはセンサーの測定の斧と一致しているポイントに図 8. に示すようにあります。 X-Y 段階の回転エラーの効果はこうして最小化することができます。

AZoNano - ナノテクノロジー - 3D NanoMechanism。

図 8. 3D Nanomechanism。

非直交性または混線のような線形寄生動きは段階フレームの製造の許容そしてゆがみによって主にフレームがセンサーのとして」データ使用されれば影響されます。 X-Y 段階のセンサーの 2 つのペアの斧はプラットホームの移動斧に互いに非常に直角および一致しなければなりません。 現代製造技術を使用してセンサーの斧の直交性からの偏差は X-Y 平面の 0.5 nm/µm (すなわち 0.05%) の直交性のエラーを与える 0.5 mrd の内で一般に制御されます。

運動学的な土台によって、位置の参照は追跡可能になり、熱拡張および駆動力からのゆがみは結合解除することができます。 これは段階がナノメーターのレベルで度量衡の機能を持つことができるように重要です。 100 つ x 100 つの mm のサイズの極度のアンバーの段階のために、 1Co 温度変化により 30 に次元の nm の変更を引き起こします ( = /Co)。 駆動力によって引き起こされる段階フレームの曲がることは何百もの nm [2] に 10 の範囲に普通あります。 運動学的な土台なしで約それらの同じ大きさの位置の不確実性はシステムにもたらされるかもしれません。

動特性

動きの度量衡学そして正確さは別として、システムの動的パフォーマンスは安定性および速度が多くのアプリケーションに重大であるのでまた重要です。 理想的にはコマンドと位置間に位相遅れがなかったし、メカニズムはステップ入力 - 立上り時間、シュート上の、か演算時間に完全に答えません。

線形、第 2 次の、弱めなしの機械システムのために、共振周波数はシステム剛さおよび大容量によって定められます。 最上に設計されていたメカニズムでは、剛さは通常変換の軸線の piezo スタックの剛さによって支配されます。 動きの拡大の段階のために、 piezo アクチュエーターの有効な剛さは k が piezo のe 剛さp2であり、 G がp 拡大であるところで、として k = k/G 減ります。 大容量を減らすことはシステム共振周波数を高めることができます。 ただし、プラットホームの大容量が減ると同時に段階パフォーマンスはロード大容量の影響により敏感になります、すなわち標本の大容量が増加するように共振周波数は急速に落ちます。 システムのダイナミックな特性はまた適切な弱まる材料をもたらすか、または高度のサーボ制御の技術を使用することのような他のアプローチによって改良することができます。 器械使用では、デザイン指定は頻繁にシステムが入力のある特定のパーセントの内で解決することができるように定義される演算時間の規準をように必要な時間使用します。 NanoMechanisms のために他の器械のような、演算時間は共振周波数より動的パフォーマンスの直接記述です。 piezo 運転された NanoMechanism のために演算時間は腐るためにかけられる共鳴振動の旋回の時間そして時間から成っています。 前は piezo スタックのキャパシタンスおよび駆動機構の電子工学の現在の駆動機構によって定められるスルー・レートによって支配されます。 二次システムのために条件は普通τが時定数、ξの弱まる要因およびωの共振周波数 [3] であるところ出力がおよそ 4 つの時定数 (4τ=4/ξω) の持続期間を取るステップn入力変更の後で最終的な値の 2% の内で達する前にn最大遅延を指定します。 これからそれはシステム応答が共振周波数および弱まる要因をことを両方高めることによって改善することができること見ることができます。 通常、たわみのヒンジの段階は非常に低い弱まる要因と非常に共鳴です。 従って、余分に弱まることは摩擦なしでもたらすことができるときだけ非常に有用で、のでこれヒステリシスを引き起すことができる効果的に崩壊時間を減らすことができます。 これが制御アルゴリズムの内でされれば、摩擦はもたらされません。

材料

建築材の熱特性は頻繁にデザインについての主な関心事および精密機械の使用です。 正常な使用では、すべての機械装置は環境の温度変化、アクチュエーターの電力損失、等扱っているオペレータによって引き起こされる入熱に出会います。 熱妨害の直接的な効果は器械の正確さの損失に終って機械コンポーネントの次元の変更を引き起こす熱拡張です。 温度の変更に異なった材料と途方もなく変わる (CTE) 熱膨張率によってよる材料の寸法変化は特徴付けられます。 一般に、熱効果を減らすために、最小の熱拡張係数の建築材は使用されるべきです。 どんなに場合によっては低く熱 expansivity は装置と土台間の近い expansivity のマッチ程に有用ではないです。 さらに、熱拡張に対処する訂正は制御方式によって可能です: 温度は訂正を提供するために測定され、使用することができます。 もう一つの問題は熱勾配です。 それらにより補償が可能ではない構造のゆがみを引き起こします。 熱勾配の効果を避けるためには、材料は低い熱伝導度と、極度のアンバーおよび Zerodur のような、または高い伝導性と、システムが熱平衡にすぐに達するアルミニウムのような選択することができます。 環境の効果を減らすため多くの精密装置は小さいように慎重に設計されています。

また材料の機械特性は注意深く考慮されなければなりません。 例えば、強さおよびヤングの係数、 /E の限界の比率たわみのメカニズムによって達成することができる最大射程。 ただし、低いヤングの係数は NanoMechanism か時々度量衡のデータとして使用されるフレームに十分な剛さを提供できないかもしれません。 更に、メカニズムとアクチュエーター間のローカル接触の剛さは機械システムの共振周波数に対する直接的な効果をもたらします - 共振周波数は不十分な接触の剛さのために落ちることができます。 また材料の大容量は NanoMechanisms のダイナミックな特性に大きい違いを生じることができます。 極度のアンバーそしてアルミ合金の例えば密度比は約 3 です、従ってシステムの剛さが同じならアルミニウムシステムの共振周波数は高く√3 時極度のアンバーシステムのそれよりである場合もあります。

NanoMechanism 装置のある例

NPS-Z-15A/B

これは z 軸に沿う純粋な動きを作り出すように設計されている単一軸線の直線運動の段階です。 段階に 15 µm の閉じたループの範囲および < 副ナノメーターの解像度との 0.06% の典型的な直線性が (補償なしで) あります。 補償の後で非直線性は < 0.02% に普通落ちます。 コンパクトなたわみのメカニズムは段階に piezo スタックからの軸線および先端傾きの動きを離れて寄生を結合解除するために組み込まれています。 傾くエラーは全範囲上の 1 つの µrad よりより少しであるために測定されます (たわみのメカニズムなしに傾くエラーは 15 µrad に普通あります)。 低いヒステリシスはナノメーターの度量衡の機能を達成する段階のためのもう一つの重要な機能です。 図 9 は 0.01% の直線性のエラーおよび副ナノメーターヒステリシスを示す段階 NPS-Z-15B からの静的なパフォーマンスの典型的な測定の結果です。 指定のほとんどは Zygo ZMI の 1000 の干渉計を使用して目盛りが付いていました。 ただし副ナノメーターヒステリシスの測定は干渉計を使用して困難になります - 従ってそれらの測定のために Queensgate は NanoSensor 使用されました。 NPS3000 コントローラと使用されたときほとんどのアプリケーションのためのよい動的応答を与える段階の共振周波数は 2 つの kHz です。 ステップ応答は図 10. で示されています。

AZoNano - ナノテクノロジー - NPS-Z-15B の直線性そしてヒステリシス。

NPS-Z-15B の図 9. 直線性およびヒステリシス。

AZoNano - ナノテクノロジー - NPS-Z-15B のステップ応答

図 10. NPS-Z-15B のステップ応答。

NPS-XY-100A

これは中間の直径 40 の mm の開口が付いている二軸の直線運動の段階です (NSOM アプリケーションのために便利な)。 それに副ナノメーターの解像度の 100 100 µm のダイナミックレンジがあります。 注意深いデザインおよび精密製造によって、 z 軸 (δγδθ) についてのz回転zエラーは制御された 10 以下 µrad および他の回転エラー全範囲に些細に小さいですです。 ヒステリシスはように範囲の 0.01% 以下測定されました。 図 11 は段階 NPS-XY-100A からの静的なパフォーマンスの典型的な測定の結果を示します。 必要で運動学的な土台のメカニズムはシステムの安定性を改善する内部駆動機構力および熱拡張によって誘導される緊張を取り除くのを助けます。 運動学的な土台のメカニズムは熱効果が効果的に結合解除することができるように、システムデータが標本かプローブが普通ある段階のプラットホームの中心にあることを保障します。 段階は極度のアンバーから成り、 300 の Hz 上の共振周波数があります。 弱まるシステムに余分な物をもたらすことによって、小さいステップ応答のための 10 人の氏の演算時間を図 12 に示すように、達成することができます。 NPS-XY-100 および NPS-Z-15 を結合することは度量衡 SPM アプリケーションにとって理想的である図 8 に示すように 3D 置き、スキャンシステムを、形作ります。

AZoNano - ナノテクノロジー - NPS-XY-100A の直線性そしてヒステリシス。

NPS-XY-100A の図 11. 直線性およびヒステリシス。

AZoNano - ナノテクノロジー - NPS-XY-100A のステップ応答

図 12。 NPS-XY-100A のステップ応答。

結論

Queensgate のナノメーターの精密メカニズムで使用される技術の一部は水平なナノメーター NanoMechanisms とまた更に副ナノメーターの度量衡の機能をどのように達成することができるか説明するためにもたらされ、論議されました。 ある度量衡の概念は技術を置く超精密を記述するのに使用されている方法で明白になりました。 デザイン考察は解像度の問題について論議され、非直交性 (混線)、回転エラーおよびシステムに位置誤差および不確実性をもたらす聖職者のエラー等のような直線性およびヒステリシス、熱拡張および力のゆがみおよび寄生動き騒ぎます。 これらのエラーを避けるか、または最小化するためのあるアプローチは述べられました。 これは両方最適化されたデザインおよび高度の補償の技術を含みます。 詳細情報は Queensgate [3] から使用できます。 単一の軸線からマルチ軸線の段階まで及ぶ一連の NanoMechanisms は設計され、構築されました。 これらの段階の組合せはナノメーターの精密を 6 つまでの自由度の動きに与えることができます。 最初のテストは低雑音のレベル、副ナノメーターヒステリシス、非常に小さい寄生動き、高い直線性およびよいステップ応答のような有望な結果を、示しました。 度量衡の特性の広範囲の査定はマルチ軸線システムのための複雑な、長期プロジェクト、特にで、より洗練された度量衡の技術および高度の器械を含みます。 それ以上の結果は近い将来に報告されます。

確認応答

著者は NanoMechanisms 設計し、構築し、そしてこれらのテストで彼らのヘルプへのグラハムジョーンズ、ジェレミーラッセルおよびフィリップ Rhead への感謝を伝えることを望みます。

参照

1。      Nanopositioning の本、 Ltd 1997 年 Queensgate の器械

2. P.D. Atherton、 Y. Xu および M. McConnell、置き、スキャン 「のための」新しい X-Y 段階、 SPIE の年次総会、 1996 年、米国デンバー 8 月の進行

3. S.T. スミスおよび D.G. Chetwynd の Ultraprecision のメカニズムデザインの基礎、ゴードンおよび違反科学 Publishers 1992 年

一次著者: Ying Xu、ポール D Atherton、トマス R. Hicks および Malachy McConnel。

ソース: Queensgate の器械。

このソースのより多くの情報のために Queensgate の器械を訪問して下さい。

Date Added: Dec 9, 2005 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 16:10

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