[发明专利]一种超磁致伸缩微位移自感知驱动方法及执行器

说明书

技术领域

本发明属于超精密加工与测量领域，特别涉及一种超磁致伸缩微位移自感知驱动方法及执行器。

背景技术

对于快速纳米或亚纳米级微位移定位驱动，加、减速产生的反作用力扰动是制约其定位精度的主要影响因素之一。基于对此变力扰动分离、补偿机理的超磁致伸缩微驱动方法，将是解决此问题的一个有效手段。该驱动方法主要依据超磁致伸缩微驱动自身工作机理对变力扰动量进行感知，然后高精度分离和补偿，实现高速、高加减速的纳米或亚纳米定位驱动。

微位移驱动技术与纳米或亚纳米检测技术和高频响反馈控制技术并列为现代信息制造领域，如纳米技术、微电子技术和超精密工程领域中构成核心基础单元的三大关键技术。随着纳米加工技术和下一代微线宽极大规模集成电路芯片制作技术的快速发展，对上述核心基础单元技术提出了更新更高的要求，特别对微位移驱动技术提出了一些特殊要求，因而它成为现代信息制造技术发展中的关键技术之一。在极大规模集成电路(IC)制造中，随着集成度的不断提高，硅片微刻蚀线宽已达到纳米级，如目前将推向市场的硅片线宽达45nm，而下一代达到32nm以下，理论分析表明，最终达到5nm线宽是可能的。对与之相应的工艺设备(如分步重复投影光刻机、步进扫描光刻机等)的微位移定位精度为线宽的1/3-1/5，即达到纳米级或亚纳米级的精度。极大规模集成电路(IC)制造是信息产业的基石，是关系国家利益、国防安全和国家经济发展的战略性产业。其运行精度、速度、加速度、重复定位精度和同步扫描精度是影响整机成像质量、套刻精度和产片率的重要因素。为了满足高速、高精度的运动需求，微位移驱动必须具有极高的动态响应和定位精度，先进的微位移驱动方法和理论是至关重要的环节。

在其它纳米测量和加工技术应用领域，微位移驱动技术同样起着至关重要的作用。如，在SPM(扫描探针技术)方面，则要求可以实现对固体表面上的原子进行操作和移植的纳米加工技术，这是当前国际上纳米科技的一个重要方面。SPM对高密度信息存储、纳米电子器件、量子阱器件、新型材料的组成等高科技领域将会产生非常重要的影响。SPM也需要将纳米级的线性三自由度X、Y、Z运动用于探测分三子和原子的特征。这里对微位移驱动的位移灵敏度、无漂移特性、大输出范围和大输出力提出了更严苛的要求。

另外，生物芯片的制作的核心技术由三维微驱动工作台。控制驱动单元可以操纵生物喷射、空气喷射、微剂量注射分配等。在x方向上喷射生物分子点和生物分子条，而每点所用液体量由微体积至细微体积可调。其合成密度和精度非常高，致使该微驱动和微操作系统可在1.6cm2的面积上合成40万组寡核苷酸。这不仅要求微驱动器的高位移灵敏度，还要求在微体积下的高频响和大输出力。

鉴于微位移驱动技术的重要性，美国国家标准局首先开展微位移机构的研究，将研制出的柔性支撑-压电驱动微位移工作台用于航天技术中；日本日立公司将研制的X-Y-θ三自由度微位移工作台用于投影光刻机和电子束曝光机；英国Queensgate公司研制了纳米级工件台；日本筑波大学、名古屋大学、东京大学、早稻田大学及富士通研究所等单位十年前就开始研究各种无间隙直接驱动和控制方法；德国PI公司开发出PI系列产品，包括高定位精度的微驱动机构。国内清华大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学等的科研机构分别研制出压电陶瓷驱动精密驱动器，并取得了不少的成果。

综上，微位移驱动技术的纳米或亚纳米位移灵敏度特性是纳米技术、微电子技术和超精密工程领域的关键技术问题，但具有高速、高加减速的微位移技术更是该领域的核心技术问题。而且可以肯定：解决这些极限技术问题对推动本学科前沿技术水平的提高和一系列重大关键技术的突破具有十分重大的意义。