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21世紀人類社會節(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，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題和面臨的最大挑戰(zhàn)之一。因此設(shè)計裝配納米器件的機械裝置，是很有發(fā)展前途的一項技術(shù)。
[0003]目前，基于原子力顯微鏡(AtomForce Microscope，AFM)、掃描隧道顯微鏡(STM)等觀測設(shè)備的納米操作機械手已逐步實現(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，實時三維協(xié)同操作仍無法實現(xiàn)。另一方面，針對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。然而受顯微鏡觀測空間限制，納米機器人系統(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，阻礙了納米操作機械手的實時控制與精確定位，使納米器件加工與操作難以實現(xiàn)自動化與工業(yè)化。
[0004]因此，針對上述技術(shù)問題，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，其包括至少一個納米機械手，所述納米機械手包括微動平臺、設(shè)于微動平臺上的微納動夾持器以及控制微動平臺多方向運動的微納壓電電機。
[0008]優(yōu)選的，在上述納米器件裝配裝置中，所述微納壓電電機包括X向微納壓電電機、Y向微納壓電電機以及Z向微納壓電電機，所述X向微納壓電電機、Y向微納壓電電機以及Z向微納壓電電機控制微動平臺運動。
[0009]優(yōu)選的，在上述納米器件裝配裝置中，所述微動平臺包括X向微動平臺、Y向微動平臺以及Z向微動平臺，所述微動平臺包括三個自由度。
[0010]優(yōu)選的，在上述納米器件裝配裝置中，所述微納壓電電機包括X向微納壓電電機、Y向微納壓電電機以及Z向微納壓電電機，所述X向微納壓電電機、Y向微納壓電電機以及Z向微納壓電電機分別控制X向微動平臺、Y向微動平臺以及Z向微動平臺運動。
[0011 ]優(yōu)選的，在上述納米器件裝配裝置中，所述微納動夾持器包括兩個夾持臂。
[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)于兩個夾持臂之間并被兩個夾持臂夾持。
[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)集成納米操作機械手，在實時觀察的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了單個或者多個(小于等于四個)納米操作機械手操作，每個納米操作機械手具有三個自由度，可以進行復(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)對原子力探針的拾取、夾持、釋放，避免了操作時對夾持對象的損傷，納米操作機械手的微動平臺穩(wěn)定、精確(精度可達30納米)、高效地實現(xiàn)了整個微夾持器在真空的三維空間下的實時運動；
[0016](2)基于SEM實時顯微視覺的納米操作機械手既可以單手(I至4號機械手)操作也可以多手之間協(xié)調(diào)工作，每個納米操作機械手具有3個自由度，而整個裝置具有12個自由度。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，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)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，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、第一納米機械手;2、第二納米機械手;3、第三納米機械手;4、第四納米機械手；11、微動平臺；12、微納動夾持器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;14、Y向微納壓電電機;15、Z向微納壓電電機;16、X向微動平臺；17、Y向微動平臺；18、Ζ向微動平臺。
【具體實施方式】
[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)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行詳細地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0026]如圖1至圖3所示，本發(fā)明所設(shè)計的一種納米器件裝配裝置100其包括至少一個納米機械手，圖1至圖3為本發(fā)明納米器件裝配裝置100具有四個納米機械手的實施例。所述納米器件裝配裝置100包括第一納米機械手1、第二納米機械手2、第三納米機械手3以及第四納米機械手4。通過采用第一至第四個納米操作機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、切割、位姿調(diào)整、對準與放置、固定、釋放、在線評估，從而實現(xiàn)了納米器件的串行式加工。
[0027]如圖4所示，所述納米機械手包括微動平臺11、設(shè)于微動平臺11上的微納動夾持器12以及控制微動平臺11多方向運動的微納壓電電機。所述微納壓電電機包括X向微納壓電電機13、Y向微納壓電電機14以及Z向微納壓電電機15，所述X向微納壓電電機13、Y向微納壓電電機14以及Z向微納壓電電機15控制微動平臺11運動。納米操作機械手的微動平臺穩(wěn)定、精確(精度可達30納米)、高效地實現(xiàn)了整個微夾持器在真空的三維空間下的實時運動，每個納米操作機械手具有3個自由度，而整個裝置具有12個自由度。本發(fā)明可以高效對三維納米器件進行裝配操作，操作對象不受基底影響。在本發(fā)明的該實施例中，微動平臺可以為一個X向微納壓電電機13、Υ向微納壓電電機14以及Z向微納壓電電機15控制微動平臺11運動。
[0028]當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實施例中，微動平臺11可以包括多個，如圖5所示，微動平臺包括X向微動平臺16、Y向微動平臺17以及Z向微動平臺18，所述微動平臺包括三個自由度。如圖4所示，所述微納壓電電機包括X向微納壓電電機13、Y向微納壓電電機14以及Z向微納壓電電機15，所述X向微納壓電電機13控制X向微動平臺16運動，所述Y向微納壓電電機14控制Y向微動平臺17運動，所述Z向微納壓電電機15控制Z向微動平臺18運動。
[0029]如圖4及圖5所示，所述微納動夾持器12包括兩個夾持臂121。所述納米機械手上設(shè)有軟排線122以及原子力探針123，所述原子力探針123設(shè)于兩個夾持臂121之間并被兩個夾持臂121夾持。
[0030]本發(fā)明納米器件裝配裝置可以高效對三維納米器件進行裝配操作，操作對象不受基底影響。
[0031]本發(fā)明在掃描電子顯微鏡樣品真空室(10_4Pa)內(nèi)集成納米操作機械手，在實時觀察的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了單個或者多個(小于等于四個)納米操作機械手操作，每個納米操作機械手具有三個自由度，可以進行復(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)對原子力探針的拾取、夾持、釋放，避免了操作時對夾持對象的損傷。納米操作機械手的微動平臺穩(wěn)定、精確(精度可達30納米)、高效地實現(xiàn)了整個微夾持器在真空的三維空間下的實時運動；
[0034](2)基于SEM實時顯微視覺的納米操作機械手既可以單手(I至4號機械手)操作也可以多手之間協(xié)調(diào)工作，每個納米操作機械手具有3個自由度，而整個裝置具有12個自由度。
[0035]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(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現(xiàn)本發(fā)明。
[0036]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說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)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(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施方式。
【主權(quán)項】
1.一種納米器件裝配裝置，其包括至少一個納米機械手，其特征在于:所述納米機械手包括微動平臺、設(shè)于微動平臺上的微納動夾持器以及控制微動平臺多方向運動的微納壓電電機。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:所述微納壓電電機包括X向微納壓電電機、Y向微納壓電電機以及Z向微納壓電電機，所述X向微納壓電電機、Y向微納壓電電機以及Z向微納壓電電機控制微動平臺運動。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:所述微動平臺包括X向微動平臺、Y向微動平臺以及Z向微動平臺，所述微動平臺包括三個自由度。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:所述微納壓電電機包括X向微納壓電電機、Y向微納壓電電機以及Z向微納壓電電機，所述X向微納壓電電機、Y向微納壓電電機以及Z向微納壓電電機分別控制X向微動平臺、Y向微動平臺以及Z向微動平臺運動。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:所述微納動夾持器包括兩個夾持臂。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)于兩個夾持臂之間并被兩個夾持臂夾持。
【專利摘要】一種納米器件裝配裝置，其包括至少一個納米機械手，所述納米機械手包括三自由度運動的微動平臺、設(shè)于微動平臺上的微納動夾持器以及控制微動平臺實現(xiàn)三自由度運動的微納壓電電機。本發(fā)明在掃描電子顯微鏡樣品真空室（10-4？Pa）內(nèi)集成納米操作機械手，在實時觀察的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了單個或者多個（小于等于四個）納米操作機械手操作，每個納米操作機械手具有三個自由度，可以進行復(fù)雜的三維納米器件裝配操作，操作的精度最高可以達到30納米。
【IPC分類】B82Y40/00, B82B3/00
【公開號】CN105540537
【申請?zhí)枴緾N201610073881
【發(fā)明人】孫立寧, 陳之超, 楊湛, 陳濤
【申請人】蘇州大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年2月3日