基于MEMS微触觉测头和纳米测量机的扫描测量平台

将自主开发的基于MEMS工艺的微触觉测头与纳米坐标测量平台相结合,构建高性能的扫描测量平台,提高了微结构和器件扫描测量的精度和分辨力。基于微触觉测头的测量原理,研究了微触觉测头应用于纳米坐标测量平台的反馈控制方法以及控制转换参数的标定方法,讨论了扫描平台不同扫描方式对测量的影响。实验进行了相对平整表面和非平整表面形貌的扫描测量,结果表明,相对平整和非平整表面进程回程重复扫描差值的标准偏差分别为15.519 nm和23.088 nm,系统具有较高的测量重复性。

MEMS电容式三维微触觉测头设计及校准

由于微纳米几何量计量很难以三维方式高精度地测量较大尺寸的器件,本文基于非硅MEMS工艺,开发了一种可用于微纳米尺度三维尺寸测量的电容式微触觉测头。利用电容频率测量法实现了微弱电容信号的采集。采用宏微结合驱动方式,设计了运动范围为25mm×25mm×10mm,单轴12μm范围内定位精度达1nm的三维微位移平台。最后,对测头的测量范围、线性、迟滞及分辨力进行了测试。结果表明,测头的轴向测量范围为4.5μm,横向测量范围大于5μm,轴向分辨力优于10nm,横向分辨力优于25nm,线性较好。开发的测头结构简单、分辨力高、体积小、成本低,可集成到纳米测量定位平台(NMM),完成具有大范围、亚微米或纳米级精度要求的测量任务。

MEMS三维微触觉测头的低频振动测试系统

针对一种MEMS三维微触觉测头,构建了基于Suss Microtec三维微定位器和PI压电陶瓷的动态测试装置,对测头的动态性能进行了表征.分别测试了测头在轴向和横向负载下对不同幅度低频振动信号的响应情况,研究了测量过程的短时重复性能.结果表明,压电陶瓷位移-电压曲线的非线性误差在轴向测量模式下小于0.102%,横向测量模式下小于0.507%.

基于MEMS微触觉测头和纳米测量机的特征尺寸测量

针对微小结构几何量测量的需求,通过集成MEMS微触觉测头和纳米测量机构建了高精度的测量系统。在验证测头性能的基础上,完成了一系列判断测头测量分辨力和精度的实验,在轴向、同向横向、异向横向三个方向测量的标准偏差分别为41.7552nm,6.05μm,6.16μm,同时,在扫描实验中进程回程扫描差值的标准偏差为23.088nm。

基于电容式传感测头的电容检测系统的设计

针对纳米尺寸测量领域的不同测量要求,尝试开发一种基于电容传感器的微触觉测头及其电容检测系统。阐述了测头的结构原理和电容传感器的工作原理,研制了基于电容传感器的微触觉测头。测头的测量原理表明:微小电容检测电路是整个电容检测系统的关键部分。该微小电容检测电路选用电容/数字转换器(CDC)AD7747芯片,分别编写了单片机与该芯片的I2C通信程序和单片机与上位机间的串行通信程序,实现了微小电容的采集和处理,简单进行了电容式传感测头的轴向性能的测试实验。实验表明:电容式微触觉测头的分辨率为0.02μm,重复性较好,证实了此电容式微触觉测头的可行性。