一种单个微纳米结构转移装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种单个微纳米结构转移装置。本实用新型专利技术的转移装置包括：显微镜、微纳操纵器固定架、微纳操纵器、转移探针和微纳结构中转基片；微纳结构中转基片具有周期性凸起平台和坐标标记，通过显微镜实时观察以及原位操纵微纳操纵器，实现单个微纳米结构的精确定点转移；在微纳结构中转基片上能够完成对微纳米结构的初步表征分析；并且在显微镜的原位观察下，通过坐标标记原位查找待转移的单个微纳米结构，并通过微纳操纵器的转移探针将其从微纳结构中转基片上提取出来，再精确转移至目标衬底基片上的指定位置，转移定位精度能够优于1微米；采用静电吸附的原理，在保证转移探针的尖头探针清洁的情况下，不会在转移过程中引入不明杂质。

Single micro nano structure transfer device

The utility model discloses a single micro nano structure transfer device. Transfer device of the utility model comprises a microscope, micro nano manipulator fixed frame, micro nano manipulator, transfer probe and micro nano structure transfer substrate; micro nano structure transfer substrate with periodic platforms and coordinate markers through the microscope observation and in situ real-time manipulation of micro nano manipulator, realize the precise location of single micro nano structure transfer; able to complete the analysis of preliminary characterization of micro nano structure in micro nano structure transfer substrate; and in situ observation under microscope, single search to be transferred by coordinate labeling in situ micro nano structure, which is extracted from the micro nano structure transfer substrate by transfer probe micro nano manipulation the more accurate transfer to the designated location target substrate, transfer positioning accuracy can be better than 1 microns; the principle of electrostatic adsorption, in which transfer probe The tip probes clean the case and will not introduce unknown impurities during the transfer.

【技术实现步骤摘要】
一种单个微纳米结构转移装置
本技术涉及单个微纳米结构的精确定点转移技术，具体涉及一种单个微纳米结构转移装置。
技术介绍
微纳米尺度下的材料和结构因其独特的物理化学性能而广泛应用于信息、能源、环境、生命科学和化工等领域，并且越来越展示出潜在的应用价值。在微纳米材料和结构研究中，往往需要观察和测量单个结构的物理化学特性，例如单根碳纳米管或半导体纳米线的电子输运特性，以探索其在微电子器件中的应用，再如单个金属纳米薄片的光学特性，以探索其在基于光学特性的环境或生物传感器中的应用，以及具有特殊形状的单个纳米结构的电子显微镜表征分析等等。此外，目前在宏观尺度下材料和器件的研究和应用中无法解释的科学问题或技术难题也需要在微纳尺度下寻找原理或解决方法，因此需要将宏观材料与器件加工至微纳米尺度，再通过微观表征检测方式对其开展研究。在微纳米材料和结构的加工制备过程中，往往众多结构混合在一起，比如使用化学气相沉积法制备纳米线或溶液方法生长纳米颗粒，通常在毫米尺度的衬底或溶液中集合了数以万计的微纳材料和结构，而无法转移出单个结构来进行微观结构和性能观测；另外，将宏观尺度下的材料器件加工至微纳尺度后，也通常需要将其转移至观测仪器中进行研究。目前针对单个微纳米结构的转移通常采用将其稀释分散在溶液中，再将溶液滴定在所需衬底上的方法，这种一次性批量转移方法首先无法做到针对特定的微纳米结构进行定点转移，只能从大范围随机分布在衬底上的微纳米结构中挑选处于所需定点位置的研究对象，其次，无法做到对于感兴趣的单个微纳米结构进行二次转移，一旦微纳米结构吸附至衬底上，将无法再次取出转移至另外衬底上进行其他表征分析或加工，第三，该方法容易在转移过程中引入不明杂质。
技术实现思路
为了实现单个微纳米结构的精确定点转移，本技术提供一种单个微纳米结构转移装置，通过巧妙的设计实现微纳米结构的精确定点转移。本技术的单个微纳米结构转移装置包括：显微镜、微纳操纵器固定架、微纳操纵器、转移探针和微纳结构中转基片；其中，微纳操纵器固定架刚性固定安装在显微镜上；微纳操纵器刚性连接在微纳操纵器固定架上；转移探针安装在微纳操纵器的顶端；微纳结构中转基片位置固定的放置在显微镜的样品台上，在微纳结构中转基片上悬空承载待转移的微纳米结构；微纳结构中转基片包括基片、周期性的凸起平台和坐标标记，在表面平整的基片上通过微纳加工形成周期性的凸起平台和坐标标记，坐标标记为在基片的表面按照固定间距周期性排列的有规律标号，凸起平台之间形成凹槽，凹槽的宽度大于转移探针的尖端的宽度。待转移的单个微纳米结构要求存在一个维度的尺寸超过5μm，例如准一维纳米线长度超过5μm，准二维纳米薄片的某边长超过5μm；对于具有一个维度大于凸起平台的微纳米结构，一部分位于凸起平台上，另一部分悬空于凸起平台之间的凹槽上。显微镜采用光学显微镜，或者电子显微镜；显微镜包括显微镜主体、样品台、物镜和成像显示系统；其中，显微镜主体包括机械外壳、成像光路和照明系统；样品台、物镜和成像显示系统均连接至显微镜主体，样品台与物镜相对；样品台具有水平二维位置调节、高度调节以及旋转调节功能；物镜的放大倍率可调，显微镜整体放大倍率最高达到或超过2000～10000倍，物镜的工作距离大于10mm；成像显示系统为一台计算机，要求成像响应速率高，例如成像分辨率50万像素时，帧率超过60帧每秒。微纳操纵器包括粗调操纵器和细调操纵器；其中，粗调操纵器通过齿轮齿条机构或者阻尼滑轨机构进行三维位置调节，通过轴承锁紧机构进行倾角、摆角和旋转调节；粗调操纵器包括粗调安装固定装置、粗调位置调节机构和粗调传动杆，粗调安装固定装置固定安装在微纳操纵器固定架上，在粗调安装固定装置上安装粗调位置调节机构，在粗调位置调节机构的顶端刚性连接粗调传动杆；细调操纵器通过压电陶瓷或液压机构实现精细的三维位置调节，能够达到优于0.1微米的位置调节分辨率；细调操纵器包括细调安装固定装置、细调位置调节机构、控制器和细调传动杆，在粗调传动杆的顶端设置细调安装固定装置；在细调安装固定装置上设置细调位置调节机构，细调位置调节机构通过导电线缆或液压管连接至控制器，在细调位置调节机构的顶端刚性连接细调传动杆。转移探针包括三维转轴锁紧机构、探针固定杆和尖头探针；其中，三维转轴锁紧机构刚性安装在微纳操纵器的细调操纵器的细调传动杆的顶端；在三维转轴锁紧机构上安装探针固定杆；在探针固定杆的顶端刚性连接尖头探针；在微纳操纵器的带动下，转移探针能够进行位置调节；探针固定杆刚性连接尖头探针和微纳操纵器，并且通过三维转轴锁紧机构能够调节探针固定杆同微纳操纵器的细调操纵器的传动杆之间的角度；尖头探针的尖端直径小于0.5微米，通过尖端的静电吸附效应在单个微纳米结构转移过程中粘接所转移的单个微纳米结构。微纳结构中转基片包括基片、周期性的凸起平台和坐标标记；根据实验需要切割基片的大小；基片表面的周期性凸起平台的形状为方形或者圆形，尺寸在5～10微米之间，高度在1～3微米之间，相邻凸起平台的间距即凹槽的宽度在1～3微米之间；凸起平台的表面为抛光表面，平整度小于1纳米；坐标标记对微纳结构中转基片上的各个凸起平台的位置进行精确定位。本技术的优点：本技术巧妙地设计了具有周期性凸起平台和坐标标记的微纳结构中转基片，通过显微镜实时观察以及原位操纵微纳操纵器，实现单个微纳米结构的精确定点转移；一方面，微纳结构中转基片作为承载微纳米结构的衬底基片，在微纳结构中转基片上能够完成对微纳米结构的初步表征分析；另一方面，在显微镜的原位观察下，通过微纳结构中转基片上的坐标标记原位查找待转移的单个微纳米结构，并能够通过微纳操纵器的转移探针将其从微纳结构中转基片上提取出来，再精确转移至目标衬底基片上的指定位置，转移定位精度能够优于1微米；此外，本技术的转移方法采用了静电吸附的原理，在保证转移探针的尖头探针清洁的情况下，不会在微纳米结构转移过程中引入不明杂质。附图说明图1为本技术的单个微纳米结构转移装置的一个实施例的立体结构示意图；图2为本技术的单个微纳米结构转移装置的一个实施例的微纳结构中转基片的示意图；图3为本技术的单个微纳米结构转移装置的一个实施例的微纳结构中转基片上的坐标标记的示意图；图4本技术的单个微纳米结构的转移方法的流程图，其中，(A)和(B)为转移探针的尖头探针的尖端进入单个微纳米结构悬空部分下方的凹槽中的示意图，(C)为上提尖头探针带动单个微纳米结构向上离开微纳结构中转基片的凸起平台的示意图，(D)为单个微纳米结构通过静电吸附效应吸附在尖头探针的尖端的示意图，(E)为降低样品台高度至样品台上所固定的微纳结构中转基片不会接触转移探针的尖头探针的示意图，(F)为上升样品台使显微镜成像聚焦于待接收微纳米结构的目标衬底基片的表面的示意图，(G)为降低尖头探针的高度使得单个微纳米结构接触至目标衬底基片的表面的示意图，(H)为尖头探针的尖端移开所转移的单个微纳米结构的示意图。具体实施方式下面结合附图，通过实施例对本技术做进一步说明。如图1所示，本实施例的单个微纳米结构转移装置包括：显微镜、微纳操纵器固定架5、微纳操纵器、转移探针和微纳结构中转基片4。显微镜包括显微镜主体11、样品台本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单个微纳米结构转移装置，其特征在于，所述转移装置包括：显微镜、微纳操纵器固定架、微纳操纵器、转移探针和微纳结构中转基片；其中，所述微纳操纵器固定架刚性固定安装在显微镜上；所述微纳操纵器刚性连接在微纳操纵器固定架上；所述转移探针安装在微纳操纵器的顶端；所述微纳结构中转基片位置固定的放置在显微镜的样品台上，在微纳结构中转基片上悬空承载待转移的微纳米结构；所述微纳结构中转基片包括基片、周期性的凸起平台和坐标标记，在表面平整的基片上通过微纳加工形成周期性的凸起平台和坐标标记，所述坐标标记为在基片的表面按照固定间距周期性排列的有规律标号，凸起平台之间形成凹槽，所述凹槽的宽度大于转移探针的尖端的宽度。

【技术特征摘要】
1.一种单个微纳米结构转移装置，其特征在于，所述转移装置包括：显微镜、微纳操纵器固定架、微纳操纵器、转移探针和微纳结构中转基片；其中，所述微纳操纵器固定架刚性固定安装在显微镜上；所述微纳操纵器刚性连接在微纳操纵器固定架上；所述转移探针安装在微纳操纵器的顶端；所述微纳结构中转基片位置固定的放置在显微镜的样品台上，在微纳结构中转基片上悬空承载待转移的微纳米结构；所述微纳结构中转基片包括基片、周期性的凸起平台和坐标标记，在表面平整的基片上通过微纳加工形成周期性的凸起平台和坐标标记，所述坐标标记为在基片的表面按照固定间距周期性排列的有规律标号，凸起平台之间形成凹槽，所述凹槽的宽度大于转移探针的尖端的宽度。2.如权利要求1所述的转移装置，其特征在于，所述显微镜采用光学显微镜，或者电子显微镜；所述显微镜包括显微镜主体、样品台、物镜和成像显示系统；其中，显微镜主体包括机械外壳、成像光路和照明系统；样品台、物镜和成像显示系统均连接至显微镜主体，样品台与物镜相对；样品台具有水平二维位置调节、高度调节以及旋转调节功能；物镜的放大倍率可调，显微镜整体放大倍率最高达到或超过2000～10000倍，物镜的工作距离大于10mm；成像显示系统为一台计算机。3.如权利要求1所述的转移装置，其特征在于，所述微纳操纵器包括粗调操纵器和细调操纵器；其中，粗调操纵器通过齿轮齿条机构或者阻尼滑轨机构进行三维位置调节，通过轴承锁紧机构进行倾角、摆角和旋转调节；粗调操纵器包括粗调安装固定装置、粗调位置调节机构和粗调传动杆，粗调安装固定装置固定安装在微纳操纵器固定架上，在粗调安装固定装置上安装粗调位置调节机构，在粗调位置调...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱瑞，徐军，刘亚琪，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：新型
国别省市：北京,11