一種納米器件裝配裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種納米器件裝配裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]納米技術(shù)是推動(dòng)21世紀(jì)人類社會(huì)節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、智能便捷和健康生活方向發(fā)展的重要科學(xué)技術(shù)。納米技術(shù)的核心是三維納米器件制造技術(shù)。納米三維器件的操作與裝配具有顯著的高精度、高魯棒性和高可靠性特點(diǎn)，所以攻克三維納米器件制造的技術(shù)難題是納米制造中的重要問(wèn)題和面臨的最大挑戰(zhàn)之一。因此設(shè)計(jì)裝配納米器件的機(jī)械裝置，是很有發(fā)展前途的一項(xiàng)技術(shù)。
[0003]目前，基于原子力顯微鏡(AtomForce Microscope，AFM)、掃描隧道顯微鏡(STM)等觀測(cè)設(shè)備的納米操作機(jī)械手已逐步實(shí)現(xiàn)了二維空間內(nèi)的精確操作，然而受接觸式掃描成像原理的限制，實(shí)時(shí)三維協(xié)同操作仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)。另一方面，針對(duì)納米器件的三維操作與裝配，主要基于掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)下的單手或雙手操作完成。然而受顯微鏡觀測(cè)空間限制，納米機(jī)器人系統(tǒng)的精密度與靈活度不足，使三維納米器件的加工組裝成為納米操作領(lǐng)域面臨的巨大挑戰(zhàn);視覺反饋與力反饋受操作條件的限制，阻礙了納米操作機(jī)械手的實(shí)時(shí)控制與精確定位，使納米器件加工與操作難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與工業(yè)化。
[0004]因此，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，有必要提供一種新型結(jié)構(gòu)的納米器件裝配裝置，以克服上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種納米器件裝配裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)包括納米操作、納米測(cè)量、納米制作、納米裝配的功能，滿足納米器件制造的要求。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種納米器件裝配裝置，其包括至少一個(gè)納米機(jī)械手，所述納米機(jī)械手包括微動(dòng)平臺(tái)、設(shè)于微動(dòng)平臺(tái)上的微納動(dòng)夾持器以及控制微動(dòng)平臺(tái)多方向運(yùn)動(dòng)的微納壓電電機(jī)。
[0008]優(yōu)選的，在上述納米器件裝配裝置中，所述微納壓電電機(jī)包括X向微納壓電電機(jī)、Y向微納壓電電機(jī)以及Z向微納壓電電機(jī)，所述X向微納壓電電機(jī)、Y向微納壓電電機(jī)以及Z向微納壓電電機(jī)控制微動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。
[0009]優(yōu)選的，在上述納米器件裝配裝置中，所述微動(dòng)平臺(tái)包括X向微動(dòng)平臺(tái)、Y向微動(dòng)平臺(tái)以及Z向微動(dòng)平臺(tái)，所述微動(dòng)平臺(tái)包括三個(gè)自由度。
[0010]優(yōu)選的，在上述納米器件裝配裝置中，所述微納壓電電機(jī)包括X向微納壓電電機(jī)、Y向微納壓電電機(jī)以及Z向微納壓電電機(jī)，所述X向微納壓電電機(jī)、Y向微納壓電電機(jī)以及Z向微納壓電電機(jī)分別控制X向微動(dòng)平臺(tái)、Y向微動(dòng)平臺(tái)以及Z向微動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。
[0011 ]優(yōu)選的，在上述納米器件裝配裝置中，所述微納動(dòng)夾持器包括兩個(gè)夾持臂。
[0012]優(yōu)選的，在上述納米器件裝配裝置中，所述納米機(jī)械手上設(shè)有軟排線以及原子力探針，所述原子力探針設(shè)于兩個(gè)夾持臂之間并被兩個(gè)夾持臂夾持。
[0013]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明在掃描電子顯微鏡樣品真空室(10_4Pa)內(nèi)集成納米操作機(jī)械手，在實(shí)時(shí)觀察的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了單個(gè)或者多個(gè)(小于等于四個(gè))納米操作機(jī)械手操作，每個(gè)納米操作機(jī)械手具有三個(gè)自由度，可以進(jìn)行復(fù)雜的三維納米器件裝配操作，操作的精度最高可以達(dá)到30納米。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0015](I)納米操作機(jī)械手的微夾持器能夠?qū)崿F(xiàn)在掃描電子顯微鏡高度真空室內(nèi)對(duì)原子力探針的拾取、夾持、釋放，避免了操作時(shí)對(duì)夾持對(duì)象的損傷，納米操作機(jī)械手的微動(dòng)平臺(tái)穩(wěn)定、精確(精度可達(dá)30納米)、高效地實(shí)現(xiàn)了整個(gè)微夾持器在真空的三維空間下的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)；
[0016](2)基于SEM實(shí)時(shí)顯微視覺的納米操作機(jī)械手既可以單手(I至4號(hào)機(jī)械手)操作也可以多手之間協(xié)調(diào)工作，每個(gè)納米操作機(jī)械手具有3個(gè)自由度，而整個(gè)裝置具有12個(gè)自由度。
【附圖說(shuō)明】
[0017]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的有關(guān)本發(fā)明的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本發(fā)明納米器件裝配裝置的俯視圖。
[0019]圖2為本發(fā)明納米器件裝配裝置的前視圖。
[0020]圖3為本發(fā)明納米器件裝配裝置的仰視圖。
[0021]圖4為本發(fā)明納米器件裝配裝置中納米機(jī)械手的立體示意圖。
[0022]圖5為圖4另一角度的示意圖。
[0023]其中:100納米器件裝配裝置;1、第一納米機(jī)械手;2、第二納米機(jī)械手;3、第三納米機(jī)械手;4、第四納米機(jī)械手；11、微動(dòng)平臺(tái)；12、微納動(dòng)夾持器12; 121、夾持臂；122、軟排線；123原子力探針123; 13、X向微納壓電電機(jī);14、Y向微納壓電電機(jī);15、Z向微納壓電電機(jī);16、X向微動(dòng)平臺(tái)；17、Y向微動(dòng)平臺(tái)；18、Ζ向微動(dòng)平臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明公開了一種納米器件裝配裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)包括納米操作、納米測(cè)量、納米制作、納米裝配的功能，滿足納米器件制造的要求。
[0025]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]如圖1至圖3所示，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種納米器件裝配裝置100其包括至少一個(gè)納米機(jī)械手，圖1至圖3為本發(fā)明納米器件裝配裝置100具有四個(gè)納米機(jī)械手的實(shí)施例。所述納米器件裝配裝置100包括第一納米機(jī)械手1、第二納米機(jī)械手2、第三納米機(jī)械手3以及第四納米機(jī)械手4。通過(guò)采用第一至第四個(gè)納米操作機(jī)械手的互相配合操作，能夠?qū)崿F(xiàn)如下策略模式:拾取、在線檢測(cè)、切割、位姿調(diào)整、對(duì)準(zhǔn)與放置、固定、釋放、在線評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)了納米器件的串行式加工。
[0027]如圖4所示，所述納米機(jī)械手包括微動(dòng)平臺(tái)11、設(shè)于微動(dòng)平臺(tái)11上的微納動(dòng)夾持器12以及控制微動(dòng)平臺(tái)11多方向運(yùn)動(dòng)的微納壓電電機(jī)。所述微納壓電電機(jī)包括X向微納壓電電機(jī)13、Y向微納壓電電機(jī)14以及Z向微納壓電電機(jī)15，所述X向微納壓電電機(jī)13、Y向微納壓電電機(jī)14以及Z向微納壓電電機(jī)15控制微動(dòng)平臺(tái)11運(yùn)動(dòng)。納米操作機(jī)械手的微動(dòng)平臺(tái)穩(wěn)定、精確(精度可達(dá)30納米)、高效地實(shí)現(xiàn)了整個(gè)微夾持器在真空的三維空間下的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)納米操作機(jī)械手具有3個(gè)自由度，而整個(gè)裝置具有12個(gè)自由度。本發(fā)明可以高效對(duì)三維納米器件進(jìn)行裝配操作，操作對(duì)象不受基底影響。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，微動(dòng)平臺(tái)可以為一個(gè)X向微納壓電電機(jī)13、Υ向微納壓電電機(jī)14以及Z向微納壓電電機(jī)15控制微動(dòng)平臺(tái)11運(yùn)動(dòng)。
[0028]當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，微動(dòng)平臺(tái)11可以包括多個(gè)，如圖5所示，微動(dòng)平臺(tái)包括X向微動(dòng)平臺(tái)16、Y向微動(dòng)平臺(tái)17以及Z向微動(dòng)平臺(tái)18，所述微動(dòng)平臺(tái)包括三個(gè)自由度。如圖4所示，所述微納壓電電機(jī)包括X向微納壓電電機(jī)13、Y向微納壓電電機(jī)14以及Z向微納壓電電機(jī)15，所述X向微納壓電電機(jī)13控制X向微動(dòng)平臺(tái)16運(yùn)動(dòng)，所述Y向微納壓電電機(jī)14控制Y向微動(dòng)平臺(tái)17運(yùn)動(dòng)，所述Z向微納壓電電機(jī)15控制Z向微動(dòng)平臺(tái)18運(yùn)動(dòng)。
[0029]如圖4及圖5所示，所述微納動(dòng)夾持器12包括兩個(gè)夾持臂121。所述納米機(jī)械手上設(shè)有軟排線122以及原子力探針123，所述原子力探針123設(shè)于兩個(gè)夾持臂121之間并被兩個(gè)夾持臂121夾持。
[0030]本發(fā)明納米器件裝配裝置可以高效對(duì)三維納米器件進(jìn)行裝配操作，操作對(duì)象不受基底影響。
[0031]本發(fā)明在掃描電子顯微鏡樣品真空室(10_4Pa)內(nèi)集成納米操作機(jī)械手，在實(shí)時(shí)觀察的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了單個(gè)或者多個(gè)(小于等于四個(gè))納米操作機(jī)械手操作，每個(gè)納米操作機(jī)械手具有三個(gè)自由度，可以進(jìn)行復(fù)雜的三維納米器件裝配操作，操作的精度最高可以達(dá)到30納米。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0033](I)納米操作機(jī)械手的微夾持器能夠?qū)崿F(xiàn)在掃描電子顯微鏡高度真空室內(nèi)對(duì)原子力探針的拾取、夾持、釋放，避免了操作時(shí)對(duì)夾持對(duì)象的損傷。納米操作機(jī)械手的微動(dòng)平臺(tái)穩(wěn)定、精確(精度可達(dá)30納米)、高效地實(shí)現(xiàn)了整個(gè)微夾持器在真空的三維空間下的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)；
[0034](2)基于SEM實(shí)時(shí)顯微視覺的納米操作機(jī)械手既可以單手(I至4號(hào)機(jī)械手)操作也可以多手之間協(xié)調(diào)工作，每個(gè)納米操作機(jī)械手具有3個(gè)自由度，而整個(gè)裝置具有12個(gè)自由度。
[0035]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0036]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米器件裝配裝置，其包括至少一個(gè)納米機(jī)械手，其特征在于:所述納米機(jī)械手包括微動(dòng)平臺(tái)、設(shè)于微動(dòng)平臺(tái)上的微納動(dòng)夾持器以及控制微動(dòng)平臺(tái)多方向運(yùn)動(dòng)的微納壓電電機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米器件裝配裝置，其特征在于:所述微納壓電電機(jī)包括X向微納壓電電機(jī)、Y向微納壓電電機(jī)以及Z向微納壓電電機(jī)，所述X向微納壓電電機(jī)、Y向微納壓電電機(jī)以及Z向微納壓電電機(jī)控制微動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米器件裝配裝置，其特征在于:所述微動(dòng)平臺(tái)包括X向微動(dòng)平臺(tái)、Y向微動(dòng)平臺(tái)以及Z向微動(dòng)平臺(tái)，所述微動(dòng)平臺(tái)包括三個(gè)自由度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米器件裝配裝置，其特征在于:所述微納壓電電機(jī)包括X向微納壓電電機(jī)、Y向微納壓電電機(jī)以及Z向微納壓電電機(jī)，所述X向微納壓電電機(jī)、Y向微納壓電電機(jī)以及Z向微納壓電電機(jī)分別控制X向微動(dòng)平臺(tái)、Y向微動(dòng)平臺(tái)以及Z向微動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的納米器件裝配裝置，其特征在于:所述微納動(dòng)夾持器包括兩個(gè)夾持臂。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納米器件裝配裝置，其特征在于:所述納米機(jī)械手上設(shè)有軟排線以及原子力探針，所述原子力探針設(shè)于兩個(gè)夾持臂之間并被兩個(gè)夾持臂夾持。
【專利摘要】一種納米器件裝配裝置，其包括至少一個(gè)納米機(jī)械手，所述納米機(jī)械手包括三自由度運(yùn)動(dòng)的微動(dòng)平臺(tái)、設(shè)于微動(dòng)平臺(tái)上的微納動(dòng)夾持器以及控制微動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)的微納壓電電機(jī)。本發(fā)明在掃描電子顯微鏡樣品真空室（10-4？Pa）內(nèi)集成納米操作機(jī)械手，在實(shí)時(shí)觀察的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了單個(gè)或者多個(gè)（小于等于四個(gè)）納米操作機(jī)械手操作，每個(gè)納米操作機(jī)械手具有三個(gè)自由度，可以進(jìn)行復(fù)雜的三維納米器件裝配操作，操作的精度最高可以達(dá)到30納米。
【IPC分類】B82Y40/00, B82B3/00
【公開號(hào)】CN105540537
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610073881
【發(fā)明人】孫立寧, 陳之超, 楊湛, 陳濤
【申請(qǐng)人】蘇州大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日