[实用新型]精密扫描隧道显微技术微进给及定位机构

说明书

本实用新型属于纳诺技术中精密测量、加工仪器设备中的微进给及定位机构。

在用扫描隧道显微技术（以下简称“STM”）进行A或纳米（nm）级测量时，要求亚纳米级精度的精密可靠的微进给和定位装置，并要求能方便地将探针与试件间的间隙精确、稳定地调整到所需的亚纳米级的隧道间隙内。现有技术中，日本采用的宽范围STM微进给定位装置是安装在悬臂架上，用三级精密丝杆滑块来作粗调和半精调，最后用叠层压电晶体进行精调，此法的不足之处在于丝杆、滑块间隙所造成的误差较难于消除，且最精密一级的丝杆要求有μm级的加工精度和调整精度。美国采用三颗精密螺丝钉来进行调整，虽较简单，但不易保证nm级的定位精度。我国也有采用三颗螺钉精调，再用叠层进行微进给，此方法较简单，但也存在从μm级到nm级的间隙不易调整的问题。

本实用新型的目的在于设计一种能用较简便的方法实现方便、快速地调整遂道间隙的亚纳米级STM微进给及定位装置。

本实用新型所说的微进给定位机构由三级或四级组成。第一级为粗调定位机构，由安置在支架8上的精密螺纹副，即螺套3和螺杆7，以及旋钮2、压盖4、轴向推力轴承5等部件来实现。在螺杆7上开有键槽，用销钉限制其周向转动，通过旋动固定在螺套3上的旋钮，使实现螺杆7的上下移动，当调整到探针18与试件样品台6接近相差为十几个微米时，将粗调螺杆7用定位螺钉锁紧。第二级为半精调机构，由精密调整驱动器1、调整弹簧15、双层板弹簧9组成，在螺杆7下安置有双层板弹簧9，在螺杆7的中间有一通孔，安置有调节弹簧15，调节弹簧15的两端与精密调整驱动器1和双层板弹簧9相接触。调整驱动器1压缩调节弹簧15，使双层板弹簧9发生位移。第三级为精密微进给机构，由压电微位移器12和弹性变形元件11组成，弹性变形元件11安置在底板13上的工作台14上，压电微位器12安置在弹性变形元件11内，在压电微位移器12的上下两面可以有垫片16，垫片16的作用是使弹性变形元件的工作面19能平行位移，在下面的垫片16外可以有可调节压电微位移器12上下位移的调节螺丝17，在弹性变形元件12的工作面19与弹性变形元件11主体之间依靠柔性铰支20连接，试件样品台6安置在弹性变形元件的工作面19上。第四级亦为精密微进给机构，由压电陶瓷管10安置在双层板弹簧9下构成，探针18安置在压电陶瓷管10下方，本级用于扫描时反馈微位移的调整。

本实用新型的优点是结构较为简单，调整方便、省时，可实现防碰针地自动反馈进入所需隧道间隙的调整。调节精度可达到A级，其第一级的调整范围可达5～25毫米，调节精度为几个μm；第二级的调整范围为几～十几μm，分辨率为纳米级；第三级的调整范围可达0.3μm～5μm左右，精度达每伏6纳米；第四级的调整范围可达0.1～0.5μm，精度达A级。

附图1由四级组成的STM微进给及定位机构之一种；

附图2由三级组成的STM微进给及定位机构之一种。

以下结合附图和实施例作进一步的说明与描述。

附图1给出由四级组成的STM微机给及定位机构实施例之一种结构示意图。在支架8上安置有一套精密螺纹副，其螺套3与支架8之间依靠推力轴承5成可活动方式组合，在螺套3的上端有调节旋钮2，在支架8上可有固定轴承5和螺套3的压盖4，在螺杆7上有可用销钉（未画出）限制其周向转动的键槽（未画出）；螺杆7的中间可有一个通孔，通孔内安置有调节弹簧15，在螺杆7的上方安置有与调节弹簧15上端相结合的精密调整驱动器1，在螺杆7的下面安置有与调节弹簧15下端相结合的双层板弹簧9，在双层板弹簧9的下面安置有压电陶瓷管10，探针安置在压电陶瓷管10的下方；底板13与支架8相结合。在底板13上安置工作台14，工作台14上安置有弹性变形元件11，在弹性变形元件11内安置压电微位移器12，在压电微位移器12的上面与弹性变形元件11工作面19之间和压电微位移器12的下面可以加有垫片16，在下面的垫片16外可有调节螺丝17，弹性变形元件工作面19与弹件变形元件11主体之间有柔性铰支20。

除了上述结构之外，也可以将附图1中的第二级半精调机构取消，而将第三级精密微进给机构，即弹性变形元件11和压电微位移器12为主要构成部份颠倒安置在所说的螺杆7和压电陶瓷管10之间，将试件样品台6直接安置于工作台14上。也可以在工作台上仍然按照图1中所示的方式再安置与上述相同的弹性变形元件11，和压电微位移器12，将试件样品台6安置在弹性变形元件工作面19上，构成一种四级精密微进给机构。