專利名稱：用于定位透射電子顯微鏡試樣的電動操縱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電動操縱器，其用于對構件以亞微米分辨率而平 行于y-z平面進行定位，并在該y-z平面中旋轉(zhuǎn)該構件，這種操縱器 包括基座和用于將構件附連到該操縱器上的附連裝置。
背景技術：
在美國專利No. US6,388,262中描述了這種操縱器。 己知的操縱器用于在透射電子顯微鏡(TEM)中對試樣形式的構件 定位和定向。操縱器包括支承臂殼體，其穿過TEM殼體(該操縱器安 裝在該TEM殼體上)。支承臂殼體的一端因而定位在該設備的內(nèi)部， 并因而被真空包圍，而另一端暴露于大氣中。為了避免泄漏，支承臂 殼體在其穿過TEM殼體處呈現(xiàn)有O形密封圈，從而將TEM內(nèi)部相對 大氣密封起來。支承臂殼體呈現(xiàn)有端到端的孔。試樣固定器安裝在該 孔中。該試樣固定器包括桿，其具有位于末端之間的球形接頭。 一端 位于TEM的真空內(nèi)部，而另一側(cè)暴露于大氣中。該球形接頭緊密地 配合支承臂殼體的孔，并且呈現(xiàn)有O形密封圏，從而將TEM內(nèi)部相 對大氣密封起來。該球形接頭容許桿相對于支承臂殼體以幾個自由度 運動。對該桿的位于TEM內(nèi)部的端部進行裝備，以固定帶有》文置于 其上的試樣的TEM試樣柵架，而另一端連接到電動促動器上。在X-Y 平面(垂直于TEM的粒子-光軸)中移動該桿位于真空中的遠端，將導致試樣固定器在該平面中平移，而桿沿著其軸線的旋轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)換為試樣 固定器在所述平面中的旋轉(zhuǎn)。因此，可利用電動促動器從外面對位于
TEM內(nèi)部的試樣進行定位和定向。
正如本領域中技術人員所已知的那樣，TEM采用沿粒子-光軸行 進的、通常具有介于80-300KeV之間的能量的粒子(電子形式)束。該 電子束例如由粒子-光學透鏡進行聚焦，并且例如由粒子-光學偏轉(zhuǎn)器 進行偏轉(zhuǎn)。厚度通常介于50和100 nm之間薄試樣(也稱為樣本)放置 在粒子-光軸上，并且受到電子的輻射。其中一些電子穿過該試樣，并 成像于檢測器上。商業(yè)上可獲得的TEM如今可達到小于0.1納米的空 間分辨率。
只有當在獲得圖像所需要的時間內(nèi)，試樣相對于粒子-光軸固定在 0.1 nm內(nèi)時，才能得到這種分辨率。試樣相對于粒子-光軸的任何運動， 例如由于熱漂移或由于例如對試樣進行固定的操縱器的聲學振動而 引起的運動，都有損于圖^f象。獲得圖像通?；ㄙM若干秒到若干分鐘的 時間。因此，對于操縱器相對于粒子-光軸的穩(wěn)定性的要求是極其嚴格 的。
當使用極限放太倍率時，視野(FoV)是極小的，例如50-50 nm2。 當在這個放大倍率下定位試樣時，避免圖像抖動是一種挑戰(zhàn)。不僅試 樣的最小位移必須非常小，而且還必須非常平滑地完成該運動。此外， 該運動的任何反沖或后效應，例如殘留運動或振動都必須是最小的。
由于引入了對粒子-光學透鏡的其中之一或其中多個透鏡的色差 和/或球面像差進行校準的粒子-光學校準器，電子顯微鏡的分辨率正 在迅速提高。在最佳條件下可達到0.05 nm以下分辨率的商業(yè)儀器是 可以獲得的。因此，對操縱器的機械穩(wěn)定性的要求正變得更為嚴格。
US6，388,262中所描述的操縱器的問題在于其具有必須非常精密 地機械加工出的多個部件和聯(lián)接件。結(jié)果，這種操縱器是昂貴的。而 且，由于產(chǎn)生摩擦和/或游隙的元件(例如0形密封圏)的數(shù)量，所以難 以構造出具有所需穩(wěn)定性和運動平滑性，同時又沒有后效應的那種操縱器。摩擦可能引起抖動，因為電動機在做小步運動時必須克服摩擦， 從而導致滑移/粘滯效應。部件之間的游隙可導致定位不精確。相關的 問題是桿的長度，聯(lián)接件和O形密封圏的數(shù)量導致了設備殼體(以及 粒子-光軸)和試樣所處的端部之間的軟聯(lián)接。如本領域中技術人員所 已知的那樣，在抵消振動的影響時，優(yōu)選在元件之間采用剛性聯(lián)接(與 軟聯(lián)接相反)。前述操縱器的另一問題是操縱器的一部分伸出了該設 備。由于氣候控制、環(huán)境溫度變化等而引起的儀器外的氣壓變化，可 因而造成真空內(nèi)部的附連機構的位置變化，并因而造成試樣的不希望 的運動。

發(fā)明內(nèi)容
需要一種改進的操縱器。
為此，根據(jù)本發(fā)明的操縱器的特征在于，所述操縱器還包括 安裝在基座上的至少三個納米促動器，各個納米促動器呈現(xiàn)有頂 端，該至少三個頂端限定了 y-z平面，各頂端能夠在該y-z平面中相 對于基座移動，
與這些納米促動器的頂端相接觸的平臺， 用于將該平臺壓在這些納米促動器頂端上的夾緊裝置， 結(jié)果，納米促動器可使平臺在y-z平面中相對于基座而旋轉(zhuǎn)，并 可使該平臺平行于y-z平面而平移。
在本文中，納米促動器是一種能夠?qū)崿F(xiàn)納米和亞納米尺度分辨率 運動的促動器。這種納米促動器商業(yè)上可從例如德國公司Physik Instrumente GmbH & Co. KG, Karlsruhe/Palmbach公司獲得，例如在其 產(chǎn)品目錄"High performance piezo actuators for OEM, Industry and research"，第1-24和1-25頁中產(chǎn)品目錄號為11805/09.17， (09/2005) 的P-l 12.03型產(chǎn) 品。
通過使頂端在y-z平面中沿相同的方向移動，可使平臺相對于基 座進行平移。當這些頂端相切于三個納米促動器定位所處的圓而在順時針方向上移動時，就產(chǎn)生了繞該圓圓心的順時針方向的旋轉(zhuǎn)。逆時 針方向上的移動產(chǎn)生逆時針方向上的旋轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)本發(fā)明的操縱
器提供了三個自由度兩個平移自由度和一個旋轉(zhuǎn)自由度。
由于具有少量的運動部件，所以可實現(xiàn)該操縱器的高剛性。除納
米促動器本身以外，沒有其它部件相對移動(假定平臺對頂端的法向力
大于頂端與平臺接觸面的最大摩擦力，否則發(fā)生滑移)。因此，就消除
了游隙和滑移/粘滯效應。如本領域中技術人員已知的那樣，納米促動
器可以是非常剛性的。被稱為壓電促動器的那類促動器沒有相對移動
的表面，而是依賴于壓電陶瓷材料的撓曲或剪切。缺乏相對移動面促
使后效應消除，同時高的剛性提高了例如與(聲學)振動有關的性能。
因為促動器可放置在設備的內(nèi)部(真空中)，所以不需要機械式真空通
路，并因此可去掉O形密封圏。這就形成了帶剛性聯(lián)接，且沒有反沖、
摩擦和/或游隙的操縱器。而且極大地減小了環(huán)境(例如環(huán)境溫度的變
化和氣壓變化)對該設備的影響。
注意，夾緊裝置必須用足夠的力將平臺表面壓在所述頂端上。垂 '比
]貝輛/!i吞l豕衣向上)與迅g l貝3 之間的摩擦系數(shù)一起，決定了在該表面和這些頂端之間發(fā)生滑移之前 的最大力。因而必須選擇使得該力足夠大，以避免由于例如振動而引 起的不必要的加速度、以及當起動或停止平臺相對于基座的運動時所 需要的平臺加速度而發(fā)生滑移。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的一個實施例中，納米促動器安裝在平臺 上，而非基座上。
這是納米促動器的備選位置。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的另 一實施例中，夾緊裝置采用彈性加載 的反向基座的形式，該反向基座在與平臺和頂端相接觸的側(cè)面相反的 側(cè)面上壓在該平臺上。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的又一實施例中，反向基座設有第二組至 少3個納米促動器，反向基座上的該第二組納米促動器各呈現(xiàn)有頂端，第二組納米促動器的各頂端能夠在Y方向和Z方向上移動，平臺通過 彈性加載而與該第二組納米促動器的頂端保持接觸，并且，操縱器設 置成可使基座和反向基座在y-z平面中的相對位置保持基本固定。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的另 一實施例中，平臺呈現(xiàn)了 一個或多個 平滑表面，這些納米促動器的各頂端與該一個或多個平滑表面的其中 之一相接觸，各頂端設置成可相對于該平臺的一個或多個平滑表面進 行移動。
在這個實施例中，各頂端在平滑表面上接觸平臺。各頂端可具有 其相應的平滑表面，或者若干頂端可共享一個公共的平滑表面。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的一個優(yōu)選實施例中，在該平臺的一個或 多個平滑表面上的移動，采用使頂端在該平臺的一個或多個平滑表面 上滑動的形式。
通過引起頂端在平滑表面上滑動，可相對于平臺而對該頂端重新 定位。結(jié)果，在這個優(yōu)選實施例中可獲得的平移和/或旋轉(zhuǎn)，要大于沒 有相對于基座對頂端重新定位時的平移和/或旋轉(zhuǎn)。當頂端和平滑表面 之間的、平行于平滑表面平面的滑動力超過了這兩者之間的最大靜摩 擦力時，就產(chǎn)生了該頂端在該平滑表面上的滑動。這可通過頂端的快 速移位而實現(xiàn)。其可采用如下形式同時滑動所有頂端，或滑動來自 第 一組頂端的某頂端以及第二組頂端的相應頂端，或一次^f義在它們的 相應平滑表面上滑動一個頂端。由于平臺的慣性，該平臺將幾乎不移 動。在完成重新定位之后，頂端和平臺呈現(xiàn)高的剛性，并且抵消了該 平臺和基座的任何殘留運動。
注意，當一次性只使少數(shù)頂端重新定位時，既便是在重新定位期 間，剩余頂端也可防止平臺移動并保持基座和該平臺之間的剛性聯(lián) 接。正如本領域中技術人員將認識到的那樣，還可行的是，通過使平 臺隨著所述多數(shù)頂端移動而保持該平臺的平穩(wěn)運動，同時一次性使少 凄丈頂端重新定位。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的另 一實施例中，在平臺上安裝有子操縱器，所述子操縱器設置成可使附連裝置相對于平臺而移動，并且，該 附連裝置使構件附連到該子操縱器上。
在例如于2007年9月26日提交的待決的美國專利申請 No.l 1/861,721中描述了這種子操縱器。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的又一實施例中，子操縱器設置成可按照 額外的自由度對構件進行定位。
通過將子操縱器安裝在根據(jù)本發(fā)明的操縱器上，構件可以按照不 同于將構件僅連接到操縱器上時的額外的自由度而進行定位。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的另 一 實施例中，納米促動器是壓電納米 促動器。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的又一實施例中，基座的至少一部分、納 米促動器、平臺、夾緊裝置和附連裝置設置成可暴露于真空下，并在 真空中進行操作。
通過將操縱器安裝在真空內(nèi)部，使得環(huán)境對附連裝置的影響最 小，該附連裝置控制構件(例如試樣或試樣固定器)的位置。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的又一實施例中，真空是粒子-光學設備的 內(nèi)部真空，所述粒子-光學設備包括用于產(chǎn)生粒子束的粒子源和一個或 多個粒子-光學透鏡，所述各粒子源和粒子-光學透鏡均繞著粒子-光軸 而對中，粒子束可沿著該粒子-光軸而行進。
通過將操縱器安裝在粒子-光學設備，例如透射電子顯微鏡 (TEM)、掃描透射電子顯微鏡(STEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)或聚焦 離子束(FIB)設備的內(nèi)部，可使構件相對于這種設備中所使用的粒子束 進行定位。該構件可以是試樣或試樣固定器，但還可以是粒子-光學構 件，例如必須圍繞粒子-光軸而對準的孔眼或多極子。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的又一實施例中，該粒子-光學設備是電子 顯微鏡。
這種操縱器對于高分辨率的粒子-光學設備例如TEM或STEM特 別有用。在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的又一實施例中，該操縱器在基座中設有 通孔，并且在平臺中設有通孔，以用于傳送粒子束。
通過使操縱器在例如平臺和基座的中心設有通孔，并使這些通孔 對準，以使得粒子-光軸(粒子沿著該粒子-光軸行進)穿過這些通孔，構 件就可以繞著粒子-光軸而對中。如果該構件是試樣固定器，則這就類
似于某些TEM中使用的所謂頂部進入的鏡臺。當使粒子-光學元件例 如孔眼、波帶片或多極子圍繞該設備的粒子-光軸進行定位時，這個實 施例可能特別具有吸引力。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的又一 實施例中，粒子-光軸基本垂直于 y-z平面。
在這個實施例中，平臺和粒子-光軸是對準的，以使得構件可在垂 直于粒子-光軸的平面中進行定位(平移和旋轉(zhuǎn))。操縱器的這種定向類 似于大多數(shù)TEM中所使用的所謂側(cè)面進入的試樣固定器。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的另 一實施例中，構件是一種粒子-光學構件。
該構件可以是例如所謂的孔眼、相位板或例如多極子。
在根據(jù)本發(fā)明的操縱器的又一實施例中，構件是試樣固定器，并 且操縱器設置成可移動該試樣固定器。
在本發(fā)明的一個方面中， 一種操作根據(jù)本發(fā)明的操縱器的方法的 特征在于，重復地執(zhí)行如下步驟
-以足夠低的速度移動一個或多個頂端，以避免這些頂端在一個 或多個平滑表面上滑動，和
-以足夠高的速度移動一個或多個頂端，以致使該一個或多個頂 端在該一個或多個平滑表面上的滑動，從而使該一個或多個頂端相對 于平臺重新定位，
結(jié)果，平臺相對于基座被移動一段距離或旋轉(zhuǎn)某一角度，該距離 或該角度大于在沒有使這些頂端相對于該平臺重新定位時可達到的 距離或角度。


本發(fā)明將基于附圖進行進一步說明，在附圖中，相同的標號表示
相應的元件。為此
圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的操縱器的一個實施例，其中使 用了一組納米促動器，
圖2示意性地顯示了操縱器的另一實施例，其中使用了兩組納米 促動器，
圖3示意性地顯示了操縱器的又一實施例，其中，基座和平臺中 的通孔容許粒子束穿過該操縱器。
圖4A和4B示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的操縱器的裝配圖(圖4A) 和分解圖(圖4B),且
圖5示意性地描繪了帶有根據(jù)本發(fā)明的操縱器的TEM。
具體實施例方式
圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的操縱器的一個實施例，其中使 用了一組納米促動器。圖1A顯示了基座2，其上面安裝了三個納米
促動器3a,3b和3、這些納米促動器分別呈現(xiàn)了頂端4a,4b和4e。平臺
5被彈性件6形式的夾緊裝置壓在這些頂端上。該彈性件的一端連接 到該基座的凹部7中的凸出部8上，另一端連接到該平臺上的凸出部 18上。桿9從平臺起垂直于平臺而延伸，遠離該平臺的一端終止于附 連裝置^。圖1B顯示了操縱器基座的頂視圖，即從平臺正常駐留在 納米促動器上的一側(cè)觀察到的視圖。圖1B顯示了納米促動器的相互 位置和彈性件安裝位置。如圖中可見，納米促動器在圓C上間隔開。 從圖1A和1B中可看出納米促動器在相同方向(在Y-Z平面中) 上的運動將造成基座在該方向上的平移。當在順時針方向上沿著圓C 移動這些頂端時，該平臺將沿順時針方向繞該圓的圓心而^:轉(zhuǎn)。本領 域技術人員應該明白，混合運動可導致平臺的組合平移/旋轉(zhuǎn)。通過緩慢地改變這些頂端的速度，即在該速度下決不會超過最大 摩擦力，這些頂端將停留在平臺表面上的某一位置。當快速改變頂端 的速度，即速度快至使得橫向力超過最大(靜)摩擦力時，頂端將在表 面上滑動。在該力變得小于動摩4寮力的那一刻，滑動將停止，而該頂 端將在平臺上重新定位。應該注意，滑動發(fā)生時的速度取決于納米促 動器對平滑表面的法向力、兩者之間的摩擦系數(shù)以及平臺,的慣性。
通過使用合適的納米促動器，例如之前提到的可從Physik InstrumenteGbmH&Co公司獲得的P112.03納米促動器，可實現(xiàn)小于 1 nm的最小位移，同時可實現(xiàn)超過2 mm的行程和超過360度的旋轉(zhuǎn)。 所述納米促動器還能夠在真空中且在液氦溫度下運行，從而可實現(xiàn)例 如所謂低溫透射電子顯微鏡(cryo-TEM)中的操縱器，該cryo-TEM是 試樣在其中保持在低溫下的TEM。
注意，附連裝置和與之協(xié)作的相關的試樣載體本身都是己知的。 在歐洲專利申請EP06114632中描述了一個示例。從某些TEM,例如 美國希爾巴羅市的FEI公司的Polara 中己獲知可供這個操縱器使用 的附連裝置的其它實施例。
圖2示意性地顯示了操縱器的另一實施例，其中使用了兩組納米 促動器。圖2可被認為來源于圖1A。在圖1中，夾緊裝置采用彈性 件的形式，而圖2中所顯示的夾緊裝置包括由一組Belleville墊圏16 彈性加載的反向基座12。該反向基座通過第二組納米促動器13a, 13b 和13c而被推擠在平臺上，從而使得該平臺夾緊于兩組納米促動器之 間。通過使相應的納米促動器一起(如3&和13&—起等)以相同的方向 和幅度移動，基座和反向基座彼此是相對靜止的，而平臺在這兩者之 間移動。
圖3示意性地顯示了操縱器的又一實施例，其中，基座中和平臺 中的通孔容許粒子束穿過該操縱器。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的操縱器， 其中，基座中和平臺中的通孔容許粒子束穿過操縱器。圖3可被認為 來源于圖2。桿9被去掉了，并且通孔41形成于平臺5中。通孔42 42b和42e形成于基座中。這些通孔41， 42a, 42b和42e容許粒子束沿著 粒子-光軸ll而行進，以穿過該操縱器。圖中還示意性地顯示了安裝 在平臺上的子操縱器40，其使得附連裝置l能夠以比圖1和圖2中 所述的操縱器所提供的三個自由度(兩個平移自由度和一個旋轉(zhuǎn)自由 度)更多的自由度進行定位。基座2的側(cè)壁中的又一通孔43使得試樣 或試樣載體能夠被引入到附連裝置1中。操縱器的這個實施例可以 按照類似于某些TEM中所使用的頂部進入的鏡臺的安裝方式(即安裝 在石茲透鏡的極片上)進行安裝。
應當注意，子操縱器本身是己知的。在于2007年9月26日提交 的待決的美國專利申請No.11/861,721中描述了可用作根據(jù)本發(fā)明操 縱器的 一部分的子操縱器的示例。
#:縱器可構造成與例如TEM中所^使用的真空相適應。該真空通 常是在10-6毫巴到10-9毫巴之間的真空，但可以是更低或更高的壓力。
操縱器還可構造成與都保持在低溫(例如液氮或液氦溫度下)或保 持在高溫(例如300。C)下的附連裝置和試樣固定器相適應。
圖4A和4B示意性地描繪了根據(jù)本發(fā)明的操縱器的裝配圖(圖4A) 和分解圖(圖4B)。
包括殼體402、頂板401和底板403的基座形成了操縱器的外部。 一組納米促動器404安裝在該基座(底板)上，并且相對于基座而移動 平臺405。子操縱器406附連到平臺405中的開孔中，該子操縱器406 可通過附連裝置407來固定試樣或試樣固定器。安裝在反向基座408 上的第二組促動器409與基座的相反側(cè)面相接觸，從而將平臺(405) 夾緊在兩組促動器(404, 409)之間。笫二組納米促動器借助兩個球體 411而被彈性件410壓到基座上。該彈性件借助兩個J求體412而^皮該 基座的底板401迫向基座。因為這兩組球體設置成彼此間隔開90度， 所以它們與彈性件410 —起形成了萬向彈性組件，從而確保所有促動 器承受相同的力。螺釘4B用于調(diào)整作用在彈性件410上的力，并因 而調(diào)整作用在促動器上的力。應該注意，在正常使用時(即當基座的位移處于正常范圍內(nèi)時)，平臺405不與殼體402接觸。
圖5示意性地描繪了帶有才艮據(jù)本發(fā)明的操縱器的TEM。 在圖5中，粒子源501產(chǎn)生繞粒子-光軸500而行進的電子束。該 粒子源通過連接到電子裝置(未顯示)的高壓線524而獲得供應，該電 子裝置提供用于粒子源運行的合適的電壓和電流。該電子束通過例如 粒子-光學偏轉(zhuǎn)器502繞粒子-光軸對中。隔膜503顯示了孔眼，其用 作粒子束限制孔眼。粒子-光學透鏡504用作聚光器，以用于將電子束 傳送到物鏡505。安裝在試樣固定器511上的試樣受到該粒子束的照 射，并且該電子束的一部分穿過該試樣。這些電子通過粒子-光學透鏡 506而成像于檢測器507上。檢測器507可以是例如熒光屏或電荷耦 合器件(CCD)攝像機。當使用熒光屏時，通過玻璃窗508可觀察到該 圖像。顯微鏡的內(nèi)部被真空壁520封閉，并經(jīng)由真空連接管線521而 被真空泵522抽空。為了定位試樣固定器，可使用根據(jù)本發(fā)明的操縱 器509，子操縱器510安裝在該操縱器509上以增加自由度。氣鎖512 可使安裝在試樣固定器上的試樣能夠被引入到抽空的TEM內(nèi)部，并 且將該試樣固定器安裝在子鏡臺上。
權利要求
1. 一種電動操縱器，其用于使構件以亞微米分辨率而平行于y-z平面進行定位，并且在所述y-z平面中旋轉(zhuǎn)所述構件，所述操縱器包括基座(2)，和附連裝置(<u>30</u>)，其用于使所述構件附連到所述操縱器上，其特征在于，所述操縱器還包括安裝在所述基座上的至少三個納米促動器(3a，3b，3c)，其各自呈現(xiàn)有頂端(4a，4b，4c)，所述至少三個頂端限定了所述y-z平面，各頂端能夠在所述y-z平面中相對于所述基座運動，與所述納米促動器的所述頂端相接觸的平臺(5)，用于將所述平臺壓在所述納米促動器的頂端上的夾緊裝置(6)，結(jié)果，所述納米促動器可在所述y-z平面中相對于所述基座而旋轉(zhuǎn)所述平臺，并且可平行于所述y-z平面而平移所述平臺。
2. 根據(jù)權利要求1所述的操縱器，其特征在于，所述納米促動 器安裝在所述平臺(5)上，而不是安裝在所述基座(2)上。
3. 根據(jù)前述權利要求中任一項權利要求所述的操縱器，其特征 在于，所述夾緊裝置采用彈性加載的反向基座(12)的形式，所述反向 基座(12)在與所述平臺和所述頂端(43， 4b, 4,相接觸的側(cè)面相反的側(cè)面 上壓在所述平臺上。
4. 根據(jù)權利要求3所述的操縱器，其特征在于，所述反向基座(12) 設有第二組至少3個納米促動器(13a, 13b, 13e)，所述反向基座上的第 二組納米促動器各自呈現(xiàn)有頂端(14 14b, 14e),所述第二組納米促動 器的各頂端能夠在Y方向和Z方向上運動，所述平臺通過所述彈性加 載而與所述第二組納米促動器的所述頂端保持接觸，并且所述操縱器 設置成可使得所述基座(2)和所述反向基座(12)在所述y-z平面中的相 對位置保持基本固定。
5. 根據(jù)前述權利要求中任一項權利要求所述的操縱器，其特征在于，所述平臺(5)呈現(xiàn)有一個或多個平滑表面，所述納米促動器(3a, 3b， 3C， 13a, 13b, 13°)的各頂端(43， 4b， 4e， 14a， 14b, 14°)與所述一個或多個平滑 表面的其中 一個平滑表面相接觸，各所述頂端設置成可相對于所述平 臺的所述一個或多個平滑表面運動。
6. 根據(jù)權利要求5所述的操縱器，其特征在于，在所述平臺(5) 的所述一個或多個平滑表面上的運動，采用所述頂端(4a,4b，4e， 14a, 14b 14°)在所述平臺的所述一個或多個平滑表面上滑動的形式。
7. 根據(jù)前述權利要求中任一項權利要求所述的操縱器，其特征 在于，子操縱器(50)安裝在所述平臺(5)上，所述子^^喿縱器設置成可相 對于所述平臺而移動所述附連裝置(ie),并且所述附連裝置使所述構 件附連到所述子操縱器上。
8. 根據(jù)權利要求7所述的操縱器，其特征在于，所述子操縱器(40) 設置成可以以額外的自由度來定位所述構件。
9. 根據(jù)前述權利要求中任一項權利要求所述的操縱器，其特征 在于，所述納米促動器(3a, 3b, 3e, 13a, 13b, 13"是壓電納米促動器。
10. 根據(jù)前述權利要求中任一項權利要求所述的操縱器，其特征 在于，所述基座(2)的至少一部分、所述納米促動器(3a，3b，3e, 13a， 13b, 13c)、所述平臺(5)、所述夾緊裝置(16)以及所述附連裝置Q^)設置成暴 露于真空中，并且在真空中運行。
11. 根據(jù)權利要求10所述的操縱器，其特征在于，所述真空是 粒子-光學設備的內(nèi)部真空，所述粒子-光學設備包括用于產(chǎn)生粒子束 的粒子源和一個或多個粒子-光學透鏡，所述粒子源和所述粒子-光學 透鏡均繞著粒子-光軸而對中，所述粒子束可沿著所述粒子-光軸而行 進。
12. 根據(jù)權利要求11所述的操縱器，其特征在于，所述粒子-光 學設備是電子顯微鏡。
13. 根據(jù)權利要求11或權利要求12所述的操縱器，其特征在于，所述操縱器在所述基座(2)中設有通孔(423， 42b， 42c)，并且在所述平臺 (12)中設有通孔(41)，以用于傳送所述粒子束，所述粒子束沿著所述粒 子-光軸(ll)而行進。
14. 根據(jù)權利要求13所述的操縱器，其特征在于，所述粒子-光 軸(l l)基本上垂直于所述y-z平面。
15. 根據(jù)權利要求11或權利要求12所述的操縱器，其特征在于， 所述粒子-光軸(l l)基本上平行于所述y-z平面。
16. 根據(jù)權利要求11-16中任一項權利要求所述的操縱器，其特 征在于，所述構件是粒子-光學構件。
17. 根據(jù)權利要求11-16中任一項權利要求所述的操縱器，其特 征在于，所述構件是試樣固定器，并且所述操縱器設置成可移動所述 試樣固定器。
18. —種操作根據(jù)權利要求6所述的操縱器的方法，所述方法包 括重復地執(zhí)行如下步驟以足夠低的速度移動一個或多個頂端(43,4b， 4C, 14a, 14b， 14e),以避 免所述頂端在所述一個或多個平滑表面上滑動，和以足夠高的速度移動所述一個或多個頂端，以致^f吏所述一個或多 個頂端在所述一個或多個平滑表面上滑動，從而使所述一個或多個頂 端相對于所述平臺(5)重新定位，結(jié)果，所述平臺相對于所述基座(2)被移動 一段距離或旋轉(zhuǎn)某角 度，所述距離或所述角度大于在沒有使所述頂端相對于所述平臺重新 定位時可達到的距離或角度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于定位透射電子顯微鏡試樣的電動操縱器，其用于使TEM試樣固定器以亞微米分辨率而平行于y-z平面進行定位，并在該y-z平面中旋轉(zhuǎn)該試樣固定器，所述操縱器包括基座(2)和用于將試樣固定器連接到操縱器上的附連裝置(30)，其特征在于，該操縱器還包括安裝在基座上的至少三個納米促動器(3^a，3^b，3^c)，各納米促動器呈現(xiàn)有頂端(4^a，4^b，4^c)，該至少三個頂端限定該y-z平面，各頂端能在該y-z平面中相對于基座移動；與納米促動器的頂端相接觸的平臺(5)；以及用于將平臺壓在納米促動器頂端上的夾緊裝置(6)；結(jié)果，納米促動器可在y-z平面中相對于基座旋轉(zhuǎn)該平臺，并且平行于該y-z平面而平移該平臺。
文檔編號H01J37/20GK101436506SQ200810169778
公開日2009年5月20日 申請日期2008年10月16日 優(yōu)先權日2007年10月17日
發(fā)明者A·K·施米德, N·安德烈森 申請人:加州大學評議會