電化學(xué)體系中工件的水平檢測(cè)裝置、調(diào)平裝置及調(diào)平方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電化學(xué)體系中工件的水平檢測(cè)裝置、調(diào)平裝置及調(diào)平方法。該水平檢測(cè)裝置包括：宏微位移平臺(tái)；位移臺(tái)，固設(shè)于宏微位移平臺(tái)確定的X-Y平面上，可在該X-Y平面上進(jìn)行位移，電解池與該位移臺(tái)相對(duì)靜止；探針電極，固設(shè)于宏微位移平臺(tái)確定的Z方向上，其檢測(cè)端浸入垂直向下進(jìn)入電解池內(nèi)的電解液中，距離電解池內(nèi)的工件預(yù)設(shè)距離；以及電化學(xué)工作站，其工作電極連接至探針電極，其輔助電極和參比電極均連接浸入電解池內(nèi)的電解液中，控制工作電極電位恒定，檢測(cè)該工作電極隨位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)而變化的電流信號(hào)，獲得電流信號(hào)曲線，由電流信號(hào)曲線的起伏幅度獲知電解池內(nèi)工件的傾斜程度。本發(fā)明可提高電解液中工件水平檢測(cè)的精度。
【專利說明】電化學(xué)體系中工件的水平檢測(cè)裝置、調(diào)平裝置及調(diào)平方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種電化學(xué)體系中工件的水平檢測(cè)裝置、調(diào)平裝置及調(diào)平方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從1989年巴德課題組發(fā)表關(guān)于掃描電化學(xué)顯微鏡(ScanningElectro-Chemical Microscope,簡(jiǎn)稱SECM)研究論文以來，掃描電化學(xué)顯微鏡已經(jīng)成為一種非常重要的電化學(xué)研究技術(shù)手段。其在高分辨率電化學(xué)成像、多相均相反應(yīng)、細(xì)胞成像以及微納加工領(lǐng)域獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。
[0003]關(guān)于掃描電化學(xué)顯微鏡硬件，主要包括針尖制備，針尖操縱以及電化學(xué)調(diào)制。針尖制備有超微電極，納米電極，微納米管。針尖操作儀器主要包括X-Y-Z步進(jìn)電機(jī)、Z方向壓電陶瓷及其控制器。針尖位置信息反饋主要通過針尖電流實(shí)現(xiàn)，另外也可以通過剪切力、原子力等實(shí)現(xiàn)針尖位置反饋。掃描電化學(xué)顯微鏡幾乎應(yīng)用到了所有傳統(tǒng)電化學(xué)技術(shù)的研究，包括計(jì)時(shí)電流、計(jì)時(shí)電位、交流伏安、電化學(xué)阻抗等。另外，除了商用掃描電化學(xué)顯微鏡儀器，如今已發(fā)展大量的實(shí)驗(yàn)室自制掃描電化學(xué)顯微鏡儀器用于特殊研究。
[0004]工件調(diào)平對(duì)于獲得高質(zhì)量的漸近曲線，電化學(xué)成像，微納加工等非常重要。目前主要使用三點(diǎn)調(diào)平法來調(diào)節(jié)工件水平并用氣泡水平儀來檢測(cè)工件水平度，其誤差非常大。其中一種三點(diǎn)調(diào)平法包含以下幾個(gè)步驟:分別在工件的三個(gè)位置做漸近曲線，并根據(jù)漸近曲線呈現(xiàn)的針尖在三個(gè)點(diǎn)的Z軸位置信息差別手動(dòng)調(diào)節(jié)，使最終在三點(diǎn)位置得到的漸近曲線基本重合。
[0005]千分表是常用的水平測(cè)量工具，可應(yīng)用于大部分場(chǎng)合的工件水平檢測(cè)。但是，千分表為機(jī)械式輸出，其精度較低，無法進(jìn)行高精度的工件水平檢測(cè)；此外，在電化學(xué)領(lǐng)域中，工件通常是位于電解液內(nèi)，在這種情況下，將千分表的探頭伸入電解液中通常會(huì)污染電解液，從而影響實(shí)驗(yàn)的正常開展。此外，如何尋找一種適合在電化學(xué)體系中檢測(cè)工件水平度的裝置及方法成為一項(xiàng)亟待解決的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]為解決上述的一個(gè)或多個(gè)問題，本發(fā)明提供了一種電化學(xué)體系中工件的水平檢測(cè)裝置、調(diào)平裝置及調(diào)平方法，以提高電解液中工件水平檢測(cè)的精度。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電化學(xué)體系中工件的水平檢測(cè)裝置。該水平檢測(cè)裝置包括:宏微位移平臺(tái)；位移臺(tái)，固設(shè)于宏微位移平臺(tái)確定的X-Y平面上，可在該X-Y平面上進(jìn)行位移，電解池與該位移臺(tái)相對(duì)靜止，可隨位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)；探針電極，固設(shè)于宏微位移平臺(tái)確定的Z方向上，其檢測(cè)端垂直向下浸入電解池內(nèi)的電解液中，距離電解池內(nèi)的工件預(yù)設(shè)距離；以及電化學(xué)工作站，其工作電極連接至探針電極，其輔助電極和參比電極均連接浸入電解池內(nèi)的電解液中，控制工作電極電位恒定，檢測(cè)該工作電極隨位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)而變化的電流信號(hào)，獲得電流信號(hào)曲線，由電流信號(hào)曲線的起伏幅度獲知電解池內(nèi)工件的傾斜程度。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種包括上述水平檢測(cè)裝置的電化學(xué)體系中工件的調(diào)平裝置，其還包括:可調(diào)傾斜臺(tái)，固設(shè)于位移臺(tái)上，可隨位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，電化學(xué)體系中的電解池固設(shè)于該可調(diào)傾斜臺(tái)上。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，又提供了一種利用上述調(diào)平裝置的電化學(xué)體系中工件的調(diào)平方法，該方法包括:步驟A，將工件固定于電化學(xué)體系中電解池底部；步驟B，通過宏微位移平臺(tái)移動(dòng)探針電極至距離工件上方預(yù)設(shè)距離的位置；步驟C，注入電解液至電解池中；步驟D，將電化學(xué)工作站的工作電極，輔助電極和參比電極連接至電化學(xué)工作站本體，將探針電極連接至工作電極，輔助電極和參比電極浸入電解液中；步驟E，將探針電極不斷向工件逼近；步驟F，啟動(dòng)電化學(xué)工作站；步驟G，啟動(dòng)位移臺(tái)，使工件相對(duì)于探針電極做運(yùn)動(dòng)，采集探針電極的電流，獲得電流信號(hào)曲線；步驟H，調(diào)節(jié)可調(diào)傾斜臺(tái)，使由探針電極采集的電流信號(hào)曲線振幅不斷下降，直至其電流信號(hào)曲線振幅最小，此時(shí)工件調(diào)節(jié)至水平。
[0012](三)有益效果
[0013]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明電化學(xué)體系中工件的水平檢測(cè)裝置、調(diào)平裝置及調(diào)平方法具有以下有益效果:
[0014](I)通過電化學(xué)工作站的電流來反饋工件水平度，使水平檢測(cè)裝置的精度大為提高，并且，隨著電化學(xué)工作站精度的提高，該水平檢測(cè)裝置的檢測(cè)精度存在進(jìn)一步提升的空間；
[0015](2)利用電化學(xué)顯微鏡的位移部分作為宏微位移平臺(tái)，最大限度的節(jié)約了成本；利用電化學(xué)顯微鏡的探針作為工作電極來進(jìn)行工件水平度檢測(cè)，不會(huì)在電化學(xué)體系中引入污染；
[0016](3)由于檢測(cè)精度的提高，從而利用該水平檢測(cè)裝置進(jìn)行工件調(diào)平的工件調(diào)平裝置的精度也大大提聞;
[0017](4)通過自動(dòng)模式調(diào)節(jié)，調(diào)平過程省去人工操作，從而大大減少了工作時(shí)間和誤操作的可能，省時(shí)省力，調(diào)平效果較好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電化學(xué)體系中工件調(diào)平裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為圖1所示工件調(diào)平裝置中探針電極在砷化鎵工件附近其電流信號(hào)隨其在Z軸位置變化的曲線圖；
[0020]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例電化學(xué)體系中工件調(diào)平方法的流程圖；
[0021]圖4為利用圖3所示調(diào)平方法前后，探針電極在砷化鎵基片中的電流信號(hào)變化及采用電化學(xué)掃描成像方法做出砷化鎵表面形貌圖；
[0022]圖5為利用圖3所示調(diào)平方法前后，電化學(xué)體系中砷化鎵基片的千分表檢測(cè)結(jié)果;
[0023]圖6為利用圖3所示調(diào)平方法對(duì)電路板進(jìn)行調(diào)平前后效果對(duì)比。
[0024]【本發(fā)明主要元件符號(hào)說明】[0025]I:Z軸壓電陶瓷；2:電化學(xué)顯微鏡系統(tǒng)的位移部分
[0026]2-1:X方向步進(jìn)電機(jī)；2-2:Y方向步進(jìn)電機(jī)；
[0027]2-3:Ζ方向步進(jìn)電機(jī)；3:氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)；
[0028]4:可調(diào)傾斜臺(tái)；5:可調(diào)傾斜臺(tái)上的調(diào)節(jié)螺絲；
[0029]6:電解池；7:探針電極；
[0030]8:氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)控制器；9 =X-Y-Z步進(jìn)電機(jī)控制器；
[0031]IO-Z軸壓電陶瓷控制器；11:電化學(xué)工作站；
[0032]12:控制裝置；13:連接件；
[0033]WE:工作電極；RE:輔助電極；
[0034]CE:參比電極。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，實(shí)施例僅是說明問題，而不意在限制本發(fā)明的范圍。
[0036]需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實(shí)施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。
[0037]本發(fā)明提供了一種電化學(xué)體系中工件的調(diào)平裝置。該調(diào)平裝置利用當(dāng)位移臺(tái)使工件做運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于工件本身傾斜，探針電極電流隨著針尖與工件距離變化，探針電極的電流呈現(xiàn)類正弦波的信號(hào)，該類正弦波信號(hào)的起伏振幅與工件的水平程度相關(guān)，從而依據(jù)該類正弦波信號(hào)來調(diào)節(jié)可調(diào)傾斜臺(tái)，從而調(diào)平電解液中基片。
[0038]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電化學(xué)體系中工件調(diào)平裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，該水平檢測(cè)裝置包括:宏微位移平臺(tái)、氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)3、可調(diào)傾斜臺(tái)4、探針電極7和電化學(xué)工作站11等。
[0039]以下將針對(duì)上述各部件進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0040]宏微位移平臺(tái)可以利用現(xiàn)有的電化學(xué)顯微鏡系統(tǒng)的位移部分2，其由步進(jìn)電機(jī)或手動(dòng)控制，可以沿Χ/Υ/Ζ三個(gè)方向進(jìn)行相對(duì)位移。
[0041]如圖1所示，該電化學(xué)顯微鏡系統(tǒng)的位移部分包括:Χ-Υ面載物臺(tái)和倒“L”形支架。X-Y面載物臺(tái)，由X方向步進(jìn)電機(jī)2-1和Y方向步進(jìn)電機(jī)2-2控制，可以調(diào)節(jié)位于其載物臺(tái)上的氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)3、可調(diào)傾斜臺(tái)4和電化學(xué)反應(yīng)體系的平面位置。倒“L”形支架，其端部設(shè)置Z方向步進(jìn)電機(jī)，用于通過調(diào)節(jié)L形支架的高度來調(diào)節(jié)探針電極7與電化學(xué)反應(yīng)體系中工件的相對(duì)位置。需要說明的是，該相對(duì)位置的調(diào)節(jié)主要是宏觀尺度上的調(diào)節(jié)，其精度不會(huì)太高。探針電極與電化學(xué)反應(yīng)體系的精細(xì)相對(duì)位置調(diào)節(jié)將由壓電陶瓷部件負(fù)責(zé)，將在后續(xù)進(jìn)行說明。X方向步進(jìn)電機(jī)2-1、Υ方向步進(jìn)電機(jī)2-2及Z方向步進(jìn)電機(jī)2-3均與X-Y-Z步進(jìn)電極控制器9相連接，且該電極控制器9連接至控制裝置12。[0042]上述的電化學(xué)顯微鏡系統(tǒng)的位移部分2為可以實(shí)現(xiàn)三維位移的宏位移平臺(tái)。而在確保氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)3、可調(diào)傾斜臺(tái)4和電化學(xué)反應(yīng)體系的平面位置的前提下，也可以采用一維宏位移平臺(tái)，即只能夠進(jìn)行Z方向位移的系統(tǒng)，同樣應(yīng)當(dāng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0043]如圖1所示，氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)3固定于電化學(xué)顯微鏡系統(tǒng)載物臺(tái)的上方，可在氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)器8的控制下在該載物臺(tái)所確定的X-Y平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了確保接收到信號(hào)精確，該氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)3轉(zhuǎn)動(dòng)至少兩圈以上,其轉(zhuǎn)速范圍介于0.3rpm至IOrpm之間,優(yōu)選的為Irpm至4rpm,氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)器8連接至控制裝置12。
[0044]氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)3的優(yōu)點(diǎn)在于:平穩(wěn)度高，轉(zhuǎn)速控制較為準(zhǔn)確。在保證平穩(wěn)度的情況下，當(dāng)然也可以采用其他類型的轉(zhuǎn)臺(tái)，如精密油壓轉(zhuǎn)臺(tái)、高精度型電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)等。
[0045]需要說明的是，采用轉(zhuǎn)臺(tái)也只是本發(fā)明的優(yōu)選方式，其優(yōu)點(diǎn)在于:占用的體積小，實(shí)現(xiàn)較為方便。而采用可實(shí)現(xiàn)X方向和Y方向往復(fù)位移的位移臺(tái)同樣可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，此時(shí)，電流信號(hào)曲線呈上下起伏形狀，其判斷工件的傾斜程度需要兩步:
[0046](I)由位移臺(tái)沿X方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)獲得的電流信號(hào)曲線的起伏幅度可以獲知電解池6內(nèi)工件在X方向的傾斜程度；
[0047](2)由位移臺(tái)沿Y方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)獲得的電流信號(hào)曲線的起伏幅度可以獲知電解池6內(nèi)工件在Y方向的傾斜程度。
[0048]此外，也可以不進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而只進(jìn)行單向的移動(dòng)，其獲得的電流信號(hào)曲線為一條傾斜向上或傾斜向下的曲線或直線，該傾斜的曲線和直線同樣反映了工件的傾斜程度。
[0049]如圖1所示，可 調(diào)傾斜臺(tái)4為手動(dòng)調(diào)節(jié)平面傾斜度的傾斜臺(tái)，其固定于氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)3的上方。如圖1所示，該可調(diào)傾斜臺(tái)4為通過固定于四周的調(diào)節(jié)螺絲5進(jìn)行傾斜度調(diào)節(jié)的傾斜臺(tái)。當(dāng)然，該可調(diào)傾斜臺(tái)優(yōu)選為可控的自動(dòng)調(diào)節(jié)的傾斜臺(tái)，例如電動(dòng)角位臺(tái)或擺角臺(tái)。在采用自動(dòng)調(diào)節(jié)傾斜臺(tái)的情況下，其控制信號(hào)為由探針電極采集的電流信號(hào)曲線。
[0050]如圖1所示，電化學(xué)反應(yīng)體系，包含電解池6、電解液和工件。電解池6固定于可調(diào)傾斜臺(tái)4的上方，內(nèi)置電解液，待測(cè)試的工件置于該電解液中。電解池6中的電解液包含溶劑和溶質(zhì)。溶劑可以為水，有機(jī)溶劑等。溶質(zhì)可以為溴化鈉，二茂鐵，二茂鐵甲醇等具有電化學(xué)活性物質(zhì)。
[0051]如圖1所示，探針電極7為電化學(xué)顯微鏡系統(tǒng)中采集電流信號(hào)的微圓盤電極，其通過連接件13固定于壓電陶瓷之上，該壓電陶瓷固定于電化學(xué)顯微鏡系統(tǒng)的倒“L”形支架的端部。該壓電陶瓷由壓電陶瓷控制器10進(jìn)行控制，可精密調(diào)節(jié)微圓盤電極與電解液中工件的距離。該壓電陶瓷控制器10同樣連接至控制裝置12。
[0052]探針電極的與工件的激勵(lì)也十分重要。以探針電極為25μπι鉬圓盤電極，溶液為
0.1M溴化鈉(NaBr)水溶液，工件為砷化鎵基片為例。
[0053]圖2為圖1所示調(diào)平裝置中探針電極在砷化鎵基片上方附近采集的探針電極電流信號(hào)隨其在Z軸位置變化的曲線圖。其中橫坐標(biāo)(d/a)為探針電極與砷化鎵基片歸一化距離。其中，d為探針電極與基片之間距離，a為探針電極半徑。當(dāng)探針電極與基片接觸時(shí)為
O?？v坐標(biāo)為探針電極歸一化電流信號(hào)(it/it,?)。其中，it為探針電極在基片附近電流，it,?為探針電極距離基片足夠遠(yuǎn)(如5_)時(shí)電流。
[0054]由圖2可知，如果探針電極與基片的距離太遠(yuǎn)，其探測(cè)的電流信號(hào)無實(shí)際意義。而如果兩者的距離太近，則存在損壞探針電極的危險(xiǎn)。因此，探針電極與電解液中基片的距離應(yīng)當(dāng)介于10 μ m-100 μ m之間。優(yōu)選地，該距離應(yīng)當(dāng)為20_30 μ m范圍之內(nèi)。
[0055]電化學(xué)工作站11為電化學(xué)控制及電流檢測(cè)裝置，其工作電極WE連接至探針電極；其輔助電極RE、參比電極CE均通過導(dǎo)線連接浸入電化學(xué)反應(yīng)體系電解池內(nèi)的電解液中。
[0056]該工作電極WE、輔助電極RE和參比電極CE分別接入電化學(xué)工作站本體對(duì)應(yīng)的接口。由電化學(xué)工作站本體11通過計(jì)時(shí)電流模式控制工作電極WE電位恒定，檢測(cè)工作電極WE隨氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)變化的電流信號(hào)得到與工件傾斜相關(guān)的曲線。該正弦曲線的振幅越小，表明該工件越水平，即其所在的平面與探針電極垂直；振幅越大，表明該工件越傾斜。
[0057]控制裝置12與氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)控制器8、X-Y-Z步進(jìn)電極控制器9、壓電陶瓷控制器10、電化學(xué)工作站11相連接，其用于設(shè)定壓電陶瓷I的位移量、氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)3的轉(zhuǎn)速等參數(shù)，并且將電化學(xué)工作站11檢測(cè)到的電流曲線進(jìn)行顯示。
[0058]當(dāng)然，壓電陶瓷的位移量也可以直接在壓電陶瓷控制器10處進(jìn)行設(shè)定，氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)3若更換為其他類型轉(zhuǎn)臺(tái)，其轉(zhuǎn)速也可以直接通過轉(zhuǎn)臺(tái)控制器設(shè)定。并且，如果在由電動(dòng)角度滑臺(tái)自動(dòng)進(jìn)行傾斜度調(diào)節(jié)的情況下，由電化學(xué)工作站8輸出的信號(hào)可以直接輸入電動(dòng)角度滑臺(tái)中。在上述情況下，該控制裝置12則可以省略。
[0059]上述實(shí)施例提供了一種電化學(xué)體系中基片的調(diào)平裝置，其依據(jù)電化學(xué)工作站工作電極獲取的電流信號(hào)曲線的幅度來調(diào)節(jié)可調(diào)傾斜臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)基片的調(diào)平。
[0060]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種電化學(xué)體系中基片的水平檢測(cè)裝置，其與上述的調(diào)平裝置相比，區(qū)別僅在于:由于其只需要檢測(cè)基片是否水平即可，而不需要進(jìn)行調(diào)平，因此其省略了可調(diào)傾斜臺(tái)，其他的部件與上述的調(diào)平裝置相同，此處不再重復(fù)描述。
[0061]本發(fā)明電化學(xué)體系中工件的水平檢測(cè)裝置可以精確的測(cè)量電化學(xué)溶液中的基片是否傾斜，并且隨著電化學(xué)工作站精度的提高，其精度存在進(jìn)一步提升的空間。此外，該水平檢測(cè)裝置還避免了千分表的探頭伸入電化學(xué)溶液中對(duì)電化學(xué)體系的污染，從而保持了電化學(xué)體系的潔凈。該些有益效果同樣適用于以上的調(diào)平裝置。
[0062]本發(fā)明還提供了一種利用上述的調(diào)平裝置對(duì)電化學(xué)體系中工件進(jìn)行調(diào)平的方法。該調(diào)平方法則利用上述正弦波信號(hào)手動(dòng)或通過軟件自動(dòng)調(diào)節(jié)可調(diào)傾斜臺(tái)，使電流正弦波信號(hào)幅值不斷變小，直至電流正弦波信號(hào)幅值最小，或其失去正弦波特征時(shí)，使工件達(dá)到徹底調(diào)平。
[0063]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例電化學(xué)體系中工件調(diào)平方法的流程圖。請(qǐng)參照?qǐng)D3，本實(shí)施例包括:
[0064]步驟A，將工件固定于電解池6底部；
[0065]步驟B，通過宏微位移平臺(tái)移動(dòng)探針電極7至距離工件上方預(yù)設(shè)距離的位置；
[0066]步驟C，注入電解液至電解池中；
[0067]步驟D，將工作電極，輔助電極和參比電極連接至電化學(xué)工作站本體，將探針電極連接至工作電極WE，輔助電極RE和參比電極CE浸入電解液中；
[0068]步驟E，通過控制裝置控制壓電陶瓷控制器10，驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷，將探針電極7不斷向工件逼近，在探針電極7與工件距離為20-30 μ m時(shí)，探針電極7停止移動(dòng)；
[0069]步驟F，啟動(dòng)電化學(xué)工作站；
[0070]步驟G，啟動(dòng)氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)3，使工件相對(duì)于探針電極7做圓周運(yùn)動(dòng)，采用計(jì)時(shí)電流法采集探針電極電流，此時(shí)探針電極7上的電流信號(hào)隨著工件的圓周運(yùn)動(dòng)周期性變化，獲取呈現(xiàn)出類似正弦曲線變化；
[0071 ] 步驟H，調(diào)節(jié)可調(diào)傾斜臺(tái)4，使由探針電極7采集的電流信號(hào)曲線振幅不斷下降，直至其電流信號(hào)曲線振幅最小或類似正弦曲線特性消失，此時(shí)工件調(diào)節(jié)至水平。
[0072]本步驟中，調(diào)節(jié)可調(diào)傾斜臺(tái)的工作可以手動(dòng)控制傾斜臺(tái)調(diào)節(jié)螺絲來完成。當(dāng)可調(diào)傾斜臺(tái)為電動(dòng)角度滑臺(tái)時(shí)，也可以通過自動(dòng)電控逐步逼近與修正來完成。通過自動(dòng)模式調(diào)節(jié)，過程省去人工操作，從而大大減少了工作時(shí)間和誤操作的可能，省時(shí)省力，最終調(diào)平效果較好。
[0073]對(duì)于圖2所示的電化學(xué)體系，圖4中(a)為利用圖3所示調(diào)平方法前后，探針電極在砷化鎵基片中的電流信號(hào)變化，其中曲線I為調(diào)平前的電流信號(hào)變化，曲線2為調(diào)平后的電流信號(hào)變化。圖4中(b) (C)分別為砷化鎵基片調(diào)平前后采用電化學(xué)掃描成像方法做出砷化鎵表面形貌圖。很明顯，調(diào)平后圖像更符合砷化鎵表面形貌。
[0074]對(duì)于圖2所示的電化學(xué)體系，圖5為利用圖3所示調(diào)平方法前后，電化學(xué)體系中砷化鎵基片的千分表檢測(cè)數(shù)據(jù)。通過千分表示數(shù)的幅值判斷基片的水平度。幅值越大，基片越傾斜幅值越小，基片越水平。圖中曲線I為調(diào)平前千分表示數(shù)變化，曲線2為調(diào)平后千分表示數(shù)變化。很明顯，調(diào)平前千分表示數(shù)幅值遠(yuǎn)大于調(diào)平后。由此證明經(jīng)過本發(fā)明實(shí)施例的調(diào)平，基片確實(shí)被調(diào)平。
[0075]圖6為利用圖3所示調(diào)平方法對(duì)電路板進(jìn)行調(diào)平前后效果對(duì)比。其中，該電路板平行排列條狀金屬銅導(dǎo)線，導(dǎo)線之間為絕緣的電路板。圖6中，(a)為調(diào)平前探針掃描曲線(PSC)電流信號(hào)變化；(b)為調(diào)平后探針掃描曲線(PSC)電流信號(hào)變化；(C)、(d)分別為調(diào)平前電路板電化學(xué)掃描的二微，三維成像圖；(e)、(f)分別為電路板調(diào)平后電化學(xué)掃描二維，三維成像圖。由對(duì)比可知，調(diào)平后結(jié)果更能顯示電路板的真實(shí)特征，其噪聲更小，干擾因素更少。
[0076]本發(fā)明提供的電化學(xué)體系中工件的水平檢測(cè)裝置、調(diào)平裝置及調(diào)平方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)成本低廉，很容易作為一個(gè)部件組合到其它需要調(diào)平或水平檢測(cè)的儀器或者裝備之中。其應(yīng)用范圍不僅包括電化學(xué)理論研究和電化學(xué)加工，還可以應(yīng)用到掃描成像技術(shù)、精密加工及檢測(cè)技術(shù)等領(lǐng)域，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0077]此外，本發(fā)明電化學(xué)體系中工件的水平檢測(cè)裝置、調(diào)平裝置和調(diào)平方法，是指通過檢測(cè)針尖電極電化學(xué)反應(yīng)電流隨位移臺(tái)運(yùn)動(dòng)的變化幅度，從而達(dá)到水平檢測(cè)、調(diào)平的目的，其原理、方法和應(yīng)用具有普適性，并不局限于電化學(xué)領(lǐng)域。
[0078]此外，需要說明的是，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施方式中提到的各種實(shí)現(xiàn)方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地熟知地替換，例如:
[0079](I)探針電極不局限于直徑25 μ m的鉬圓盤電極，其直徑大小不限，另外還可以為納米電極、納米孔電極、碳纖維電極等形式；
[0080](2) X-Y-Z步進(jìn)電機(jī)可以用三維伺服電機(jī)來代替；
[0081](3)Z軸方向壓電陶瓷和步進(jìn)電極可以用微納米精密定位臺(tái)代替；
[0082](4)氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)可以用精密油壓轉(zhuǎn)臺(tái)、高精度型電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)、手動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)等代替；
[0083](5)可調(diào)傾斜臺(tái)可以用電動(dòng)角位臺(tái)、擺角臺(tái)等代替。
[0084]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電化學(xué)體系中工件的水平檢測(cè)裝置，其特征在于，包括: 宏微位移平臺(tái)； 位移臺(tái)，固設(shè)于所述宏微位移平臺(tái)確定的X-Y平面上，可在該X-Y平面上進(jìn)行位移，電解池(6)與該位移臺(tái)相對(duì)靜止，可隨所述位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)； 探針電極，固設(shè)于所述宏微位移平臺(tái)確定的Z方向上，其檢測(cè)端垂直向下浸入所述電解池(6)內(nèi)的電解液中，距離放置于所述電解液內(nèi)的工件預(yù)設(shè)距離；以及 電化學(xué)工作站，其工作電極(WE)連接至所述探針電極(7)，其輔助電極(RE)和參比電極(CE)浸入所述電解液中，控制工作電極(WE)電位恒定，檢測(cè)該工作電極(WE)隨所述位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)而變化的電流信號(hào)，獲得電流信號(hào)曲線，由該電流信號(hào)曲線的起伏幅度獲知放置于所述電解液內(nèi)工件的傾斜程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平檢測(cè)裝置，其特征在于，所述宏微位移平臺(tái)為電化學(xué)顯微鏡系統(tǒng)的位移部分(2)，所述探針電極為電化學(xué)顯微鏡系統(tǒng)的探針； 其中，所述電化學(xué)顯微鏡系統(tǒng)的位移部分(2)包括:X-Y面載物臺(tái)，所述位移臺(tái)固設(shè)于該X-Y面載物臺(tái)上；以及倒“L”形支架，其底部固定于所述X-Y面載物臺(tái)，所述探針電極垂直向下固定于該倒“L”形支架的端部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水平檢測(cè)裝置，其特征在于，電化學(xué)顯微鏡系統(tǒng)的位移部分(2)中: 所述倒“L”形支架由微納米精密定位臺(tái)控制； 所述X-Y面載物臺(tái)與所述倒“L”形支架由三維伺服電機(jī)控制；或 所述X-Y面載物臺(tái)由X方向步進(jìn)電機(jī)(2-1)和Y方向步進(jìn)電機(jī)(2-2)控制，所述倒“L”形支架由Z方向步進(jìn)電機(jī)(2-3)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平檢測(cè)裝置，其特征在于，所述位移臺(tái)為可實(shí)現(xiàn)X方向和/或Y方向位移的位移臺(tái)，或可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)位移的轉(zhuǎn)臺(tái)；優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)臺(tái)為氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)(3)、油壓轉(zhuǎn)臺(tái)或電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平檢測(cè)裝置，其特征在于，所述探針電極通過壓電陶瓷固定于所述宏微位移平臺(tái)確定的Z方向上，所述探針電極與所述電解池(6)內(nèi)工件的距離介于10 μ m至100 μ m之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水平檢測(cè)裝置，其特征在于，所述探針電極為選自于以下電極中的一種:微圓盤電極(7)、納米電極、納米孔電極和碳纖維電極。
7.一種包括權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述水平檢測(cè)裝置的電化學(xué)體系中工件的調(diào)平裝置，其特征在于，還包括: 可調(diào)傾斜臺(tái)，固設(shè)于所述位移臺(tái)上，可隨所述位移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，所述電化學(xué)體系中的電解池(6)固設(shè)于該可調(diào)傾斜臺(tái)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)平裝置，其特征在于，所述可調(diào)傾斜臺(tái)為手動(dòng)調(diào)節(jié)的傾斜臺(tái)(4)或自動(dòng)調(diào)節(jié)的傾斜臺(tái)；優(yōu)選地，所述自動(dòng)調(diào)節(jié)的傾斜臺(tái)為電動(dòng)角位臺(tái)或擺角臺(tái)，其控制信號(hào)為所述電化學(xué)工作站獲得的電流信號(hào)曲線。
9.一種利用權(quán)利要求7或8所述調(diào)平裝置的電化學(xué)體系中工件的調(diào)平方法，其特征在于，包括: 步驟A，將工件固定于電化學(xué)體系中電解池(6)底部；步驟B，通過宏微位移平臺(tái)移動(dòng)探針電極至距離工件上方預(yù)設(shè)距離的位置； 步驟C，注入電解液至所述電解池(6)中； 步驟D，將電化學(xué)工作站的工作電極，輔助電極和參比電極連接至電化學(xué)工作站本體，將探針電極(7)連接至工作電極(WE)，輔助電極(RE)和參比電極(CE)浸入電解液中；步驟E，將探針電極不斷向工件逼近； 步驟F，啟動(dòng)電化學(xué)工作站； 步驟G，啟動(dòng)位移臺(tái)，使工件相對(duì)于探針電極做運(yùn)動(dòng)，采集探針電極的電流，獲得電流信號(hào)曲線； 步驟H，調(diào)節(jié)可調(diào)傾斜臺(tái)，使由探針電極采集的電流信號(hào)曲線振幅不斷下降，直至其電流信號(hào)曲線振幅最小，此時(shí)工件調(diào)節(jié)至水平。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的調(diào)平方法，其特征在于，所述可調(diào)傾斜臺(tái)為電動(dòng)角位臺(tái)或擺角臺(tái)； 所述步驟H中調(diào)節(jié)可調(diào)傾斜臺(tái)的步驟包括:將由探針電極采集的電流信號(hào)曲線作為控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)角位臺(tái)或擺角臺(tái)，以調(diào)整其傾斜度。
【文檔編號(hào)】G01Q30/00GK103837708SQ201210492775
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月27日
【發(fā)明者】詹東平, 韓聯(lián)歡, 袁野, 胡振江, 曹永智, 趙學(xué)森, 閆永達(dá), 田中群 申請(qǐng)人:廈門大學(xué), 哈爾濱工業(yè)大學(xué)