确保MEMS系统精密测试,“负劲度”机制解决难题
时间:2007-04-25
埃级(Angstrom-level accuracy)是稳定像微机电系统测试、纳米级度量学和半导体制造工具之类应用的平台所需要的。一家公司正在开发各种产品,这些产品以被称为消除振动的负劲度(negative stiffness)机制为基础。
“美国空军还没有能够找到一种足够安静方法,来对他们的下一代加速计和陀螺仪进行测试,” Minus K Technology公司的首席执行官David Platus说,“这让我开始思考消除振动的负劲度机制。”
自19世纪60年代起,把原子力和扫描隧道显微镜这样的精密仪器及制造工具,与振动隔离开的方式,是支持在气垫上支持重量的被动空气台。最近,新方法是采用主动电子反馈以发送能抑制弹簧中振动的消除力。
Paltus称,他取得的负劲度机制在削减了被动系统价格的同时,还要优于主动系统的性能。“我们的负劲度机制会施加反向的力量,从而消除了弹簧中的硬度,” Platus表示,结果是“隔离效果是其它主动系统的两倍,但却是空气台式的被动振动隔离系统价格的一半。”
Minus K已经获得多项与其负劲度机制有关的。该公司的产品提供从10磅桌面单元到10000磅地板不等的振动隔离有效载荷性能。据Minus K称,当它被调整到0.5 Hz的固有频率时,振动隔离器会在2 Hz处实现93%的隔振效果;在5 Hz和10 Hz的时候,实现的隔振效果分别为99%和99.7%。
大部分平台,甚至是那些具有主动稳定性的平台,也有一定的正硬度系数,这一系数确定了它们固有的共振频率—通常是1 Hz或者更高。据该公司称,通过把弹簧的负硬度从正硬度中减去,Minus K公司的负劲度机制能把几乎所有的振动阻止在不超过0.5 Hz的范围。
该技术的一项关键的应用是在芯片制造设备中用来控制振动。“晶体管有低至约25纳米的临界尺寸,最重要的临界尺寸是氧化层厚度,它是1纳米厚,” 亚利桑那州立大学的纳米技术研究员和工程教授David Ferry表示。
“你必须在横向尺度超过300毫米的范围内把垂直厚度控制在1纳米,” Ferry补充说,“这就确定了现代制造技术对有效振动隔离的需要,这种需要比以往任何时候都要迫切,随着纳米产业的进步,对这一技术的需求还将变得更大。”
亚利桑那州立大学利用Minus K公司的振动隔离技术,对原子力和扫描隧道显微镜进行了隔离。
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