压电纳米定位技术在探针台应用中有多关键？-电子发烧友网

在半导体芯片的制造流程中，探针可以对芯片进行性能检验；在新材料研发的实验室中，探针与样品表面的纳米级接触，解锁材料的电学、光学特性；在生物研究室中，探针正在以极快且细微的运动对细胞进行穿透。这些精密操作的背后，都离不开一个核心设备——探针台。

一、探针台：微观世界的测试站

探针台作为现代微纳测试和操纵的关键设备，被广泛应用于半导体检测、材料研究、生物医学等领域。它如同微观世界的手术台，让研究人员能够对纳米材料、细胞乃至单个分子进行精确的操作和测量。

简单来说，探针台的核心任务就是在纳米至微米尺度下，实现探针与样品的精准对准、稳定接触，并配合测试仪器完成力、电、光等性能的检测。无论是半导体行业中芯片的良率检测、新型材料的特性分析，还是光电器件的参数校准，探针台都是不可或缺的连接桥梁，它搭建了宏观测试设备与微观样品的通道，其精度也直接决定了测试数据的可靠性。

探针台的核心原理是通过精密的机械结构与控制技术，驱动探针或样品进行多自由维度移动和角度调整，确保探针能精准落在样品的测试点上，同时还要保持稳定的接触力，避免压坏样品或接触不良。

纳米探针

注：图片来源于网络

▲探针台的主要应用行业和场景：

1.半导体行业：集成电路的电气性能测试、晶圆测试和封装后的测试。

2.光电行业：测试光电元件，如LED、光电探测器和激光器的性能。

3.材料科学：表征材料表面的微观形态，如表面缺陷、晶粒大小等；研究和测试材料在不同温度下的电学、磁学、光学等性能，以及测试材料的稳定性和可靠性。

4.生物医学：研究生物材料表面的生物相容性；生物分子、细胞和组织的高分辨率成像、分析以及生物传感器的研发等等。

（注：图片来源于网络）

二、压电纳米技术为何逐渐成为探针台的核心需求？

基于探针台的应用场景看，不论是半导体行业的芯片检验还是生物研究领域的细胞实验，这些高精密的领域本质上都依赖于探针台的定位与控制技术的极限精准度。当操作精度要求达到纳米级，甚至亚纳米级，传统的机械驱动方式早已难以满足需求，可能存在的机械间隙会导致误差，响应速度太慢则无法适配高频测试，而稳定性不足又会影响数据重复性。

这时，压电纳米定位与控制技术就成为了破局的关键：以压电效应为基础，通过压电材料的逆压电效应，可以实现纳米级甚至亚纳米级的位移控制、角度调整与动态响应，完美契合探针台对“高精度、高稳定性、快响应”的核心需求。

压电纳米技术的核心优点：

·纳米级分辨率：需要达到纳米及以下的运动精度

·超高稳定性：避免振动对精密操作的影响

·快速响应：毫秒级的响应速度以适应动态测试

·真空兼容：适应SEM等显微设备的高真空环境

·多轴协同：可实现多维度、复杂的角度控制

三、芯明天压电纳米探针台大展身手

1.十五维压电纳米探针台：高精度压电技术的协同工艺

芯明天压电纳米探针台由压电纳米定位台、压电马达位移台和压电物镜定位器及结构组件组成。压电纳米定位台作为样品承载平台，能够实现二维高精度偏摆调节；由4组压电马达位移台分别操控的探针，能够在XYZ三维空间内实现纳米级精度的运动；压电物镜定位器通过精准操控物镜在Z轴方向进行纳米级别的聚焦调节，从而实现高分辨率的显微观察。

1.样品台

压电纳米定位台可实现单轴甚至多轴精密运动的压电平台，其运动范围可达毫米级，具有体积小、无摩擦、响应速度快等特点，配置高精度传感器，可以实现纳米级分辨率及定位精度；高刚性、零间隙的设计特点保证了系统在操作中的稳定性和重复性，是承载样品的可靠平台。

2.探针台

压电马达位移台是由压电陶瓷作为驱动马达，利用特殊机械结构设计，将压电陶瓷产生的直线微位移转换为机械平面的宏观直线（或角度）运动，行程可达几十毫米（或360°）。纳米级的重复定位特性，使其能够实现探针的高精准定位。针对探针对样品作用力控制的需求，芯明天压电马达位移台提供了纳米级的运动控制和精准的力度输出，为探针的运动提供精准的定位导航。

3.显微聚焦

在对例如生物细胞这种微观样品进行操作时，需要同时保持样品观测清晰度和探针操作精度，芯明天压电物镜定位器是专门为物镜聚焦显微而设计的，采用无回差柔性铰链并联导向机构设计，物镜补偿量较小，具有超高聚焦稳定性，物镜定位器装入显微检测/测量或者观测装置，可带动物镜聚焦提高精度，能与多种高分辨率的显微镜配合使用，可以实现样品与光学系统的纳米级协同定位。

图中所示的探针台集成了芯明天多款压电产品，其核心配置包括：S54二维偏摆台，该平台可根据实际需求灵活定制参数；N56系列直线马达位移台，其行程具备丰富的可选范围，最大行程能达到50mm以上；压电物镜定位器，多行程可选，分辨率最高可达到2.5nm。

2.十九维压电纳米探针台：微纳操作的完美集成

芯明天该款压电纳米探针台是集合了压电纳米定位台和基于压电马达位移台构建的纳米探针模组的纳米探针台，可与扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和其它电镜协同进行纳米操作。中心的样品台可进行XYZ三轴运动，4组纳米探针模组可进行XYZ三维直线及R轴旋转运动。纳米探针台的外形尺寸、运动轴、行程和速度等参数均可定制。

压电纳米探针台
纳米探针台
运动自由度	XYZ
Z向分辨率	≤2nm
Z向行程	≥20μm
XY行程	≥20mm
XY向速度	≥30mm/s
纳米探针模组
运动自由度	X、Y、Z三维直线及R轴旋转
XYZ向定位分辨率	≤100nm
XY方向行程	≥5mm
Z方向行程	≥0.5mm
R向行程	180°
扫描分辨率	≤2nm
使用环境
使用真空度	可达到10^-4Pa
使用温度范围	-45℃到100℃
参数可定制	外形尺寸、固定接口、运动轴、行程、速度等各项参数可定制