Luận Án tiến sĩ nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét Định hướng Ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIET TAT 'ên tiếng anh Atomic Force Microscope Scanning tunneling microscope Dip-Pen lithography Scanning Probe Microscope Scanning Llectronie Microscope Tra

BỘ GIÁO DỤC VA DAO TẠO ĐẠI HỌC BACII KIIOA IIA NOL

Nguyen Van Dudng

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỎNG LÒ XƠ VI 'TREO KIỂU DAM CONG KET CAP CO VA CHE TAO MUI DO QUET

DỊNI HƯỚNG ỨNG DỰNG KHẮU CÁC CÁU TRÚC

NANO PLASMONIC

LUAN AN TIEN SI KHOA HOC VAT LIEU

Hà Nội — 2023

BỘ GIÁO DỤC VÀ DÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KTIIOA HÀ NỘI

Nguyễn Văn Đường

NGHIEN CUU THIET KE HE THONG LO XO VI TREO

KIEU DAM CONG KET CAP CO VA CHE TAO MUI DO QUET

ĐỊNH HƯỚNG UNG DUNG KHAC CAC CAU TRUC

NANO PLASMONIC

Ngành: Khoa học Vật liệu

Mã số: 9440122

LUẬN ÁN TIỀN SĨ KHOA HOC VAT LIEU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

GS TS CHU MANH HOANG

Hà Nội - 2023

LOI CAM DOAN

‘Téi xin cam đoan đây là công trình nghiên cửu của riêng tôi, do tối thực hiện dưới

sự hướng đẫn khoa học của tập thé cdc Thay hướng dẫn Các số liệu trong Luận an

nay là trung thực và clrưa từng dược tác giá khác công bó

LOT CAM ON

'Trong suốt quá trình thực hiện luận văn nay, NCS 44 mang ơn nhiều người Đây

là lời tỏ lòng căm on những cá nhân cũng như tập thế đã giúp đỡ NƠS trong những, xăm thục hiện Luận án tiến sĩ tại Viên ITIMS

"Trước tiên, NC§ xin gửi lời cảm ơn chân thánh tới G8.18 Chủ Mạnh Hoàng đã giúp

đỡ NCS, người thây đã truyền động lực nghiên cứu, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ vả tạo mọi điêu kiện thuận lợi cho CS trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thục hiện luận án Nhờ sự chỉ báo tận tinh, những chỉ dạy uốn nắn chân tình của thây, NƠS đã có

được những kiến thức về khoa học vật liệu, về các công nghệ chế tạo, những linh nghiệm

và phương pháp nghiên cứu, phương pháp viết bài và đăng bài trên

Ta con đường nghiên cứu khoa học tiếp theo của bán thân

lạp chí T8f và mở

'Tiếp theo, NCS muốn gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh dạo củng, các thành viên của TTIMS, nơi đã giúp NCS có những kiến thức khoa học về khea học vật liệu, tạo điều kign dé NCS lam các thí nghiệm liên quan tới T.uân án của mình với tăm lý thoải mái nhất Đặc biệt gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Văn Toán đã tạo điển kiện dé NCS co

sử tài năng trẻ Nguyễn Quốc Chiến đã cùng đồng hành hướng nghiên cứu, thực nghiệm

củng NŒS đẻ có rững kết quả nghiên cửu ngày hôm nay

Chỗi cùng, tôi xin giành lời cảm ơn gia đình, gia đình là hậu phương vững chắc,

1ả chỗ dụa tĩnh thâu để tôi có thể yên tâm nghiên cứu trong suối thời gian vừa qua

Tà Nội, ngày 12 tháng 09 năm 2023

TÁC GIÁ

Nguyễn Văn Dường

MUC LUC DANH MỤC CÁC KÝ HIỂU VA CHU VIRT TAT

DANH MỤC CÁC BẰNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐÓ THỊ

MỎ ĐẦU

Chương 1 CÔNG NGHỆ KHẮC CƠ HỌC SỬ DỤNG MŨI DÒ QUÉT

1.4 Tang quan công nghệ khắc sử dụng mũi đỏ quét

ổn công nghệ khắc mữi độ quét

1.1.2 Cầu trúc cơ bản của hệ thông khắc sử dựng mũi đò quét

1.1.3 Kỹ thuật khắc sử đụng mũi đỏ quét chế tạo cầu trúc nano

1.1.4 Các phương pháp chấp hành đầu dò khắc

1.2 Tĩnh hình nghiên cửu về khắc sử dụng mũi dỏ quét trên thế gì

1.2.1 Mũi đỏ quét và phương pháp chế tạo ccnieeeiiieere 14

1.22 Cấu trúc lò xo vĩ cũ gắn mũi dò quét và vẫn để còn Lin tai H 1.2.3 Các giải pháp khắc phục nhược điềm của lỗ xo vị cơ dâm thẳng, 19

1.2.5 Một số nghiên cứu kỹ thuật khắc sử đựng mũi đò quét - 33

1.3 Tình bình nghiên cứu kỹ thuật khắc sử dụng mũi dỏ quét trong nước 27

2.1.1 Tỉnh toán độ cứng của lò xo vì cơ

3.1.4 Điện áp lâm việc ôn định cúa chấp hảnh tĩnh điện - 40 2.1.5 Hệ số phẩm chất của bộ vị chấp hành seo đ

2.1.6 Tỉnh toán độ địch chuyển của câu trúc

3.2 Cơ sử mũ phòng nhưưng pháp phần tử hữu han

3.2.1 Khải quát phương pháp phần tử hữu hạn - 46 3.3.2 Phần mềm mô phông phân tích phân tử hữu hạn - 48

Chuong 3 THTET KE BO VI DICH CAUYEN MU DO QUET

3.1 Mô hình đầu dò khắc sử đụng chấp hành tĩnh điện

3-3 Hệ lò xo vi cơ chuyển động theo phương z gấp khúc đầm cong

3.3.1 TTệ lò xe vi cơ kết cặp với các dâm cong, - - 7

3.3.2 IIé lò xo vi cơ không kết cặp với các đảm cơng

3.3.3 Xây dựng mô hình tỉnh toán độ cứng của lò xo ví co kết cặp

3.3.4, Kết quả mö phỏng vá so sánh hoạt động của các lò xo vi c‹

3.3.5 Đánh giá kết quả mỏ phống và tỉnh toán

3.4 Bộ chấp hành tĩnh điện điều khiển dịch chuyển mũi đỏ

3.4.1 Điện áp điển khiến chấp hành tĩnh điện

3.4.2 TIệ số phàm chất của Hệ lò xo vi cơ kết cặp ca

4.1.2 Quang khắc tạo mặt nạ SiOa

4.1.3 Ăn món tạo mặt nạ SiÓ2

4.1.4 Tạo mũi đò từ mặt nạ SiO: - - -

4.1.5 Thu nhỏ kích thước ruữi đò quét đựa trên quá trình oxy hỏa 110

4.2 In đập khuôn sử dụng trực tiếp mũi dò quét

4.2.1 Quy trình đập khuôn sử dụng mii dé quét

4.2.2 Kết quả chế tạo cầu trúc nano pÏasmonic dựa trên in đập khuôn 1 L1 4.3 Kết luận

KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN

ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA LUẬN ÁN

DANH MUC CAC CONG TRINH DA CONG BO CUA LUAN AN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIET TAT

'ên tiếng anh

Atomic Force Microscope

Scanning tunneling microscope

Dip-Pen lithography Scanning Probe Microscope Scanning Llectronie Microscope Transmission electron microscopy

Aspect Ratio High Aspect Ratio

Finite Klement Method Finite Hlement Analysis

Ultraviolet

"Tên tiếng việt Kinh hiển vi lực nguyên tứ Kinh hiển vi quét xuyên him Khắc sử dụng, mũi dò nhủng, Kinh hiển vị đầu dỏ quét Than vi điện tử quét

Ảnh hiến vi điện tử truyền qua

hiến có SiO; giữa hai lớp silie

Hé théng vi co điện tử

Dụng dịch HF pha thêm NHạF theo tý lẻ nhất định

Ăn môn sâu ien hoạt hóa

Lang dong hei hoa hoe

An mon ion hoat hea

'Tý lệ cạnh

Tỷ lệ cạnh cao Mang méng

Ăn môn hóa học hỗ trợ kim loại

Kỹ thuật khắc dau đò quét

Kinh hiển vị lục từ Kinh hiển vi điện lử truyền quá Quy trình rửa phiển S¡ chuẩn Phương pháp phần tử lrờu hạn Phân tích phần tử hữu hạn

Chim tia tử ngoại

Kinh biển vị diện tử quét hiệu ứng trường

Khắc AFM chế độ tiếp xúc

Khắc AEM chế độ không tiếp xúc Tao am bám — Loại bỏ

Khắc động, Cảm quang dương hai thành phân Quy trình làm sach phién bing NHs Quy trình làm sạch phién bang HCI 1Iinh dạng cẫu trúc của một hệ

thang co ở một tấn số công hưởng.

DANH MUC CAC BANG Bang 1.1 Bảng so sánh kích thước mũi do chế tạo bằng các kỹ thuật nêu trên 16 Bang 3.1 Bảng giá trị thông số ban đầu của hệ lò xo vị cơ treo đĩa tâm gắn ruữi đỏ sử dụng vị dâm gấp khúc không kết cặp coeeieieiirerreieoeee GB Bảng 3.27 = 1, Khảo sát tân số dao động mode-: 2 của hệ lò xo ví cơ mồ phông, thay

Bang 3.3 1 = 2, Khao sat tân số dao động mode-z của hệ lò xo ví cơ mô phỏng, thay

Bang 3.4 n =3, Khao sát tàn số đao động mode-z của hệ lò xo vi cơ mô phỏng, thay

đổi tùng tham số: độ đảy f, độ rộng W và góc mở đ

-Bảng 3,5 Lộ chênh lệch giữa tân số mmode đao động phương z thẳng đứng và nhượng

Bảng 3.6 Dộ chênh lệch giữa mode đao động phương z thắng đăng và phương lân

Bang 3.7 Dé chénh léch gitta mode dao no den phương z thing đứng và phường lan

Bảng 3.8 Độ địch chuyển z khi thay đối giá trị các thòng số độ đày ¢, déi rộng w và

Bang 3.13 Sai léch tin sé dao động riêng, giữa kết qua mé b phông và "phương pháp tính toán khi thay đối khoảng cách đảm lò xo vỉ cơ dầm thẳng hạ - 95

Bang 3.14 Sai léch tin sé dao động riêng giữa kết quả mỏ phỏng và phương pháp

tính toán khi thay đối khoảng kết nải giữa các lò xo vị cơ gấp khúc bps 95 Bang 4.1 Bang tổng hợp quá trình công nghệ vì cơ khối ướt chế lao mâng mũi do

viii

Finh 1.4 Câu trúc cơ bản của hệ thông khắc sử đụng mũi đỏ quét [20] 4

Hình 1.S(a) Khắc sử đụng mũi đỏ nhúng [27], (b) Quang khắc trường gần [28], (c)

Ôxi hỏa vùng sứ dụng, mũi đỏ [29] o2 52252 ceStctrrrerererrrrrrerrrrrsrrrrrre, Ổ Hình 1.6 Kết quá khắc mũi đỏ quét tạo cầu trúc dây nano [40]

Tih L8 (a), (c) Ilinh ảnh thiết kế mảng đầu dé quét, (b) anh SEM mang đầu đò quét

với bộ dịch chuyến chap hành nhiệt [22][44] - 10 Tình 1.9 Cấu trúc chấp hành áp điện (4) Mũi đò khắc DPN [46], (b) Thanh lò xo ví

Tinh 1.10 Dau dé quét chấp hành tụ điện hai bản cực song sang [19] 12 1iinh 1.11 Cầu trúc dâu đò và chấp hành tĩnh điện song song [39] 13

Hình 1.12 (a) Câu trúc chấp hành tĩnh điện răng lược [5L], (b) ảnh SEM chấp hành

tĩnh điện răng lược [52], (c) thiết kế mũi đỏ dịch chuyển 3 chiêu sử dựng chấp hành

Himh 1.13 So dé hinh khéi quy trình chế tạo môi dò bằng kỹ thuật quang khắc [57]

15 'Hìmh 1.14 Quy trình khắc bằng chùm điện ti [58] - 15

Tình 1.15 So đồ nguyên lý kỹ uuật khắc trực tiếp bằng chùm laser [59] 16 Hình 1.16 (a) Ảnh lò xo vi co dâm thắng chiéu dai khoang 200 jem, tan sé đao động

sử dụng chấp hành nhiệt là 30 kH⁄ [7l J, (b) Hình ảnh quang học 3D của mảng đầu

dò quét dang hoạt động [67], (c) Ank AFM dam lé xo vi co thing dai 300 ym [9]

17

Fink 1.17 (a) Ảnh vi mô SEM của cầu trúc lò xo vĩ cơ dạng chữ T, () Hình ảnh tiết

kết 3D mô phóng kết quả chế tạo [72] - ococooccecseeceerreerrrrrrrrrrrrrrrue, TR Hình 1.18 Sự lệch biên của đầu tự do trên lò xo vi co dim thẳng có dịnh một đầu

Hinh 1.23 (2) Mé hinh 10 xo vi co Serpentine dam tuyến tỉnh, (b) và (e) so sánh lò xo

vico Serpentine dâm không đối và lò xo vi cơ Serpentine dẳm tuyén tinh [81] 21

‘Himh 1.24 Hinh anh cdu tric hé 16 xo vi co Serpentine dam tuyén tinh [41] 22

Hinh 1.25 (a) anh SEM cau tao dau dò quét đơn mũi đỏ và cơ cầu chấp hanh [9], (b)

ming mili dé lich cue [52], (c) mang mii da thu dong [82] - 22 Hình 1.26 Kỹ thuật DPN (a) Hình ảnh DPN lắng dọng, (b), (c) Hinh ảnh kết quả lắng,

dong [31][88], (d) ché tao lop lipid lam căm biến sinh học [89] - 24

Tinh 1.27 (a) Dây nano silic hình thành trước khi ăn mén [92], (b) Ảnh hiển vi lực nguyên tứ (AFM) eda day nano silic chế tạo bằng kỹ thuật khắc sử dụng xuũi dò [93]

4 ÔỎ 25 Hình 1.28 (a) Llinh ánh đâu đỏ quét sử dụng mũi dò kim cương, (b) và (e) kết quá

Hình 1.29 (a) Quang khắc trường gắn sử đụng mắng mũi dò [42], (h) Kết quả sử dựng,

Hinh 1.30 Ảnh kết quả sử dựng kỹ thuật dập khuôn 3D chế tạo mảng dây nano [82]

26

Tinh 1.31 Bé chap hành phương z sử dựng cấu trúc bốn lẻ xo vị co thang: (a) câu

trúc sử dụng bón lò xơ vi cơ thẳng dạng song song, (bì cấu trúc sử dụng bến lỏ xo vĩ

co thing dạng đối xứng [99]

Tinh 1.32 Hệ lò xo vi cơ đảm thắng có khung kết cặp [98] —-ˆ

x

Tình 2.1 Bién dang cita fo xo vi co dim thang (dầm công xôn) khi chịu lực tác động,

Hình 2.2 Lò xo ví cơ, (a)Câu trúc 3D 16 xo vi co Sagitta, (b) So dé phan tich tinh dé

Finh 2.3 1.6 xo vi co Serpentine damn tuyên tính lương đương [100] 34

Tình 2.4 Mô hình lò xo vĩ cơ eang cua [100] - 34

Hình 2.5 Mô hình 3D lò xơ vi cơ cung tròn " - Himh 2.6 Hệ lỏ xo vĩ cơ sử dụng hai lò xo vì cơ gấp khúø ]100] 3E

Hình 2.7 Tụ điện hai bán cực song song [100] .39

Hình 2.8 Sơ đồ hai chiêu của tụ điện song song với trưởng ria [100][111] 40 Tĩnh 2.9 Lò xo vi cơ cân bằng lực tĩnh điện [100] seo đÔ, Tĩnh 2.10 Đỏ thị xác định ngưỡng dịch chuyển Zmœ sạp ôn định của bán cực tự do

Hình 2.11 Dễ thị thể hiện sự phụ thuộc của biên độ chuẩn hod vao Lag (A) cho ba

giá trị khác nhau của tỷ lệ suy hao ÿ [117] - 44

Tinh 2.12 Các dạng phản tử hữu hạn: (a) phân tử bậc nhất một chiều, (b) phần tử hữu bạn bậc lai một chiều, (c) phân tử lữu bạn bậc ba một chiều, (đ) phản tử bậc nhất hai chiều, (e) phân tứ hữu hạn bậc hai hai chiều, (1) phân tử hữu hạn bậc ba hai chiều, (g) phần tử bậc nhất ba chiêu, (h) phân từ hữu hạn bậc hai ba chiều, (1) phản từ hữu hạn

nh 3.1 (a) Hệ lò xo vì cơ treo dơn mũi đó, (bộ Hệ lở xo vĩ cơ treo mắng mũi đò 63

Hình 3.2 Hệ lò xo vi cơ gấp khúc dâm thẳng (a) hệ lỏ xo vị cơ gắp khúc cung tron (b) In là khoảng cách giữa các dâm của lò xo vi cơ - - 61

xi

Fink 3.3 M6 lủnh 3D của lò xo vỉ cơ gấp khúc với cae dam thang (a), 16 xo vi co gap khúc được chứa thành các lò xo vị cơ cảng cua cơ bản nói tiếp (b) và mô hình lò xo vĩ

‘Hinh 3.4 M6 hinh 3D ctia 16 xo vi co gap khúc với các cung tròn (8), lỏ xo vỉ cơ gấp

khúc được cha thành các lò xe vì cũ cũng trên cơ bản được mắc nếi tiếp (b) và mô

hinh 16 xo vi co néi tiếp tương đương (c) - - 67

1iinh 3.5 Ba mode đầu tiền được mồ phỏng tương ứng cho: lẻ xo vi cơ gấp khúc dầm

thang (a)-(c) va 1d xo vi co gap khúc dam cong (dH - 6

Tình 3.6 Tân số hoạt động của hai hệ lò xe vi cơ với n = 1 được khảo sát bằng cả

tính toén lý thuyết và mô phỏng dưới dạng hàm của W (3), £ (b) và # (e) Sự khác biệt giữa kết quả được tính toáu và ruõ phông được khảo sát dưới dạng hàm của w (đ), E (e) và ø (8)

Hình 3.7 Tản số hoạt động của hai hệ lò xo vi cơ dược khảo sát bằng cả tính toán lý thuyết và mô phỏng dưới dạng ham cla w,¢ va a đ với Ø4 = 2 Llinh (a)-(c) và ít: = 3 Linh (d)-(f) Sự khác nhau giữa tân số tỉnh toàn và mô phóng kháo sát theo các tham

số chiều w 1Iinh (g), t hinh (h), và z Hình @) e eo 73

Hình 3.8 Aƒ được tỉnh bởi hai mồ hình dưới dạng him của w hình (a), £ hình (b) và

œ hình (e) vải n = 1, 2 và 3 ôr cho hai hệ lò xo vị eơ được kháo sát dưới dạng hàm của w hình (d), ¿ hình (e) và œ hình (ƒ) véin = 3 ?6 Link 3.9 Sự phụ thuộc tân số của mode-z, mode-x và mode-tor đã khảo sát một hảm cia a véin = 1, 2 va 3: (a}(e) đôi với hệ 1 và (4)- (Ð đối với hệ 2 - 7 Tinh 3.10 Tệ lò xo vi cơ kết cặp sử đụng các thanh đảm cong (cung tròn) vả các

thẳng số thiết kể (s) mô hình ba chiều và (b) hình chiêu bằng, - 79

Hình 3.11 Hệ lò xo vi cơ dạng P đối xứng trục (a) và đạng C đối xứng quay (b) sử dung 16 xo vi cơ dầm gấp khúc góm các thanh dâm cong 80

‘Himh 3.12 Mé hinh 16 xo vi co tuong dong gdm cac 16 xo vi cơ thành phân ghép nồi tiếp nhau: (a) mô hình kết câu cơ tương đương để đánh giá độ cứng và (b) mô hình

lò xo vi cơ tương đương gồm các thành phần lò xo vị cơ mắc nỗi tiếp 82

xi

Fink 3.14 1.0 xo vi co Serpentine đâm Luyễn Lính lương đương, 85 Tình 3.15 (a)-(c) Mode dao déng ngoai mi phing mods-, (d)-(1) mods-2 vai bé

Hình 3.16 (a) Dé thi tn sd mode-z, (b) mode-2, (c) độ cứng miode-z và (d) là ỗy của

ba hé lo xo vi co được khảo sát theo chiêu rộng của thanh đâm lỗ xo vì cơ 87

Tình 3.17 (a) Đỏ thị tần số mode-z, (b) mode-2, (c) d6 cting mode-z va (d) Spetia ba

hệ lò xo vị cơ dược khảo sát theo chiếu dày của thanh dâm lò xo vị cơ 88 Hình 3.18 (a) Dễ thị tần số mode-z, (b) mode-2, (c) độ cứng raode-z và (d) ôr của ba tiệ lô xe vì cơ được khảo sát theo chiều đài của thanh đầm kết mỗi - 89

Hình 3.19 (a) Dé thi tan s6 mode-z, (b) made-2 (c) d6 cứng raode-z và (đ) ä; của ba

hệ lò xe vị cơ được khảo sát theo chiêu dài của thanh kết nối các lò xo vi cơ 90

Hình 3.20 Tan sé dao đông mode-z khi thay déit 91 Tình 3.21 Tan sd dao dong made-z khi thay déi w - 92

Hình 3.22 Tản số đao động mode-z khi thay đối lu - - 92

Hình 3.23 Tản số đao động mode-z khi thay đối ls - 93 Hình 3.24 Sai số kết quá mồ phỏng với tính toán khi thay đôi 1, £, ns, [teen 96

Tinh 3.25 Hệ lo xo ví cơ và tụ điện chấp hành 99

Tĩnh 3.26 Dẻ thị thể hiện mốt quan hệ giữa điện áp điểu khiển vá độ dịch chuyên của bản cực gắn mũi đỏ với 3 khoảng cách giữa hai bản cực (gap) 100 Hinh 3.27 Đô thị hệ số phẩm chat theo đải tân số dao động của hệ lò xo vị cơ kết cặp với ba khoâng oảch điện môi g: (a) g = 1 pin, (b) g = 2 pm, (6) g = 3 pưn TỐI

Hình 4.1 Quy trình chế tạo mũi đỏ: (a) lam sach phiến SOT, (b) oxy hoa tao lép mat

na SiOz, (c) quang khắc tạo mặt nạ mũi dò cảm quang, (d) ăn mòn tạo mặt nạ 8iO›, (s) ăn mòn tạo mũi dò Sĩ, (Ð điều khiển ăn môn ngang định thời tạo mũi dẻ Sỉ và tẩy

Hình 42 Quy trình chế tạo lò xo vị cơ và bộ chấp hành lĩnh điện: (a) chuẩn bị phiên

có mũi dò, (b) lắng đọng lớp oxit BiOa, (c) quang khắc tạo mặt nạ lò xo vi cơ cắm

xi

guang, (d) 4n môn tạo mặt nạ SiOa, () ăn môn Si tới lớp SiO¿ ăn mòn dừng, (0 ăn xôn loại bó S:O: mặt nạ và lớp ăn món dừng à cseeersreoeer T4 Hình 4.3 Hình ảnh mặt nạ trong thiết kế: (a) mặt nạ chế tạo mũi do quet, (b) mat nạ cho lò xo vị cơ và đế gắn mũu đỏ quét - - - 105

Tình 4.5 Ảnh quang học (a) Sau khi ăn mòn SïO;, (b) Sau khi tẩy lớp câm quang

,Ô "¬-

Linh 4.6 (a) Linh anh quang học của mẫu trước khi ăn món 8ilie, (b) ăn món silie

trong 20 phút, (c) din man Silie 30 phúi - - TÔĐ Hình 4.7 Ánh SEM mắng mũi đỏ chựp từ trên: (a) ảnh tổng thế của mảng mũi đò và (b) ảnh khuếch đại của một mũi đỏ, (c), (d) Anh SEM kích thước mũi dò chụp nghiêng,

'Hình 4.8 (a) mũi đỏ tạo từ mặt nạ SiO¿, (b) mi đỏ sau khi oxy hoá tạo lớp SiOa, (ø)

Tình 4.9 (4) mắng mũi dò trước khi oxy hoá, (b) mảng mũi đồ sau khi oxy hoá 111 Hình 4.10 Ảnh SEM sau khi ăn mòn S¡O; bang BHF 2 phút, (a) mảng mũi đỏ, (b) hình dạng và kích thước mũi đỏ được phóng đại Thang tỷ lộ là 1Ó pm 1H

Tĩnh 4.11 Anh SEM sau khi ăn mòn SiO› bằng BITT 3 phút, (a) mảng mũi đỏ, (c) (d)

hình đạng và kích thước mữi đỏ được phóng đại - cee WD Hình 4.12 Quy trình dập khuôn si dung mili dO quết sec LEB Tình 4.13 Kết quả quả trình đập khuôn mãng các mũi dò 14 Hình 4.14 Ảnh sau khi phủn xa kim loại công suất 10 W trong 2 phút 114 Hình 4.15 Ảnh sau khi phủn xạ kim loại công suất 30 W trong 10 phút 115

xy

1 Lý do chọn đề tài

Trong vài thập kỹ qua, công nghệ nano phát triển đã mổ ra các hướng nghiên cứu

và ứng đụng phục vụ cuộc sống Một trong những nghiên cứu được tập trung nhiều nhật trong thời gian qua đó là lĩnh vục plasronics PÏasrnonies là lĩnh vực nghiên cứu

Ẻ tương tác của bức xa điện từ và vật liêu nano kim loại, đã được nhiều nhóm nghiên cửu trong nước và trên thế giới quan tâm nghiên cứu Câu trúc plasmonics ở điều kiện cộng hưởng, trừng lượng điện lừ được tập trung trong một thể tích không gian nhỏ có kich thước nano mét bao quanh cầu trúc nano kim loại Trong diễu kiện nhất dịnh, các câu trúc nano kim loại bức xạ ra sóng điện từ Vì vậy, câu trúc nano có thể hấp thụ và phát búc xạ diện từ được gọi là cầu trúc plastrtomius | | Các hạt kim loại kích thước nano mét có hiệu ứng đáng chủ ý tạo ra tỉnh chất quang khác với vật liệu khối

tao ra su phan cue Cac electron hồi phục trở lại vị trí ban đầu nhờ tác dụng của lực

phuc héi Coulombic Vi vay, khi dién trường đao động lam pho các cực của hại rưmo

kim loại cững dao động theo và sự đao động này được gọi là “plasnaon” Tiện tượng

công hưởng plasmon xay ra khi tan sé dao động của đám mây electron củng pha với

tan ô của bức xụ điện lit s8 gay ra su dao déng tập hợp của aac electron ty do [2]

sẽ xuất hiện hiện tượng cộng hướng plasmon bé mt

Hiệu ứng, plasmon trong, các cấu trúc nano kim loại giúp quan sat các hiện tượng

Tiên quan đến sự giam giữ ánh sáng ở kích thước nano mét Hiệu mg này cũng ảnh

hưởng mạnh mẽ đến tỉnh chất quang học của câu trúc nano kun loại và được quan tam rất nhiễu trong các lnh kiện quang tử Ngảy nay có nhiều ứng dụng danh cho

xv

câm biển quang học với độ chọn lọc cao được sử đụng Irong y sinh, được học, quang xúc tác, linh kiện quang điện tủ, các linh kiện hấp thụ bức xạ làm tăng hiệu suất

chuyến đổi năng lượng mặt trời [3] Đặc biệt nhử đặc tính quang nên các sản phẩm

thương mại liên quan đến các câu trủe nano kăm loại ngày gảng phát triển Từ đó, đặt 7a bài toán vẻ sản xuất hàng loạt để tạo ra các sản phẩm thương mại có giá thành cạnh tranh vả hiệu suất chế tạo cao Hiện nay có nhiều phương pháp chế tạo cầu trúc nano, tuy nhiên viêo tối ưu hoá quy trình chế tạo các cầu trúc nano luôn được các nhà nghiên cửu quan tầm Phương pháp phổ biển và để thực hiện có thể kẻ tới là kỹ thuật quang,

nó đã được ứng dụng rộng rãi Irong quy trình sẵn xuất lĩnh kiện và mạch tích hop Kỹ thuật quang khắc thường sử dụng chủm tia UV (100 — 400 nm) dan tdi độ phân giải bị giới hạn với ảnh sáng sử dụng Ngoài ra phương pháp nảy vẫn tốn tại

xhược điểm bởi liệu ứng nhiều xạ quang học giữa các cấu trúc lân cận khi khoảng cách giữa clrúng không, đủ lớn Trong khi đỏ yêu cầu về câu trúc ngày cảng thu nhỏ kích thước nhưng lại tăng mật độ tích hợp dẫn tới công nghệ quang khắc với độ phân giải cao hơn được đặt ra đối với các nhà nghiên cứu để đáp ứng được nhu cầu sân xuất công nghiệp ban din Dé dap ứng như câu này, một số plurong pháp chế tạo cho +ích thước và độ phân giải cầu trúc nhỏ hơn Kỹ thuật khắc bằng chùm điện tử sử dụng tỉa điện tử có tính hạt mạnh và tính sóng yêu hơn photon cham tia UV Chom điện tử có bước sóng nằm trong vừng bước sóng tia X tương ứng khoảng 1,17 nm

'Vái bước sóng nhỏ như vậy việc chế tạo cầu trúc với kich thước nano mét trở nên để

đăng hơn Ngoài mí kỹ thuật này là kỹ thuật khắc không dàng mặt nạ, chữm điện tứ

sẽ vẽ trực tiếp lên lớp nhạy điện tứ trên bể mặt phiển sẽ loại trừ hiện tượng nhiễu xạ như kỹ thuật khắc quang học truyền thống Như vậy có thể thây rằng kỹ thưật này chế tạo được cầu trúc remo kích thước nhủ, tuy nhiên còn hạn chế ở việc cần sử dụng các thiết bị tiên tiến, khả năng chế tạo đơn lẻ nên phù hợp sử đựng trong cáo phòng thí

kích

nghiệm chưa được ứng dựng hàng loại sản xuất công nghiệp Đề đáp ứng về

thước cấu trúc, cũng như hiệu suất chế tạo cao thì kỳ thuật khắc sử dụng mũi dò quét

đã và đang thể hiện cho thấy điều đỏ Để tạo ra các cầu trúc nano mũi đò quét có thể khắc trực tiếp không sử dụng mặt mạ lên mẫu chế tạo một cách tiếp xác hoặc không, tiếp xúc bể mặt mẫu, hoặc khắc trực tiếp bề mặt mẫu một cách cơ học với một đầu

đò đã được định hình câu trúc Kỹ thuật này có thể đước thực hiện với nhiều cơ chế

xvi

khác nhau, được sử dụng cho việc chế tạo mạch tích hợp ban dẫn bay hệ thông co

điện với độ phân giải ở thang nano mét Uu diém của kỹ thuật nảy là độ phân giải cao, điều khiến chỉnh xác, tính lặp lại cững như hiệu suất chế tạo cao mà các kỹ thuật khẩu truyền thông không đạt được Tuy nhiên, độ phân giải của cấu lrúc nano phụ thuộc vào kích thước của mũi đò và độ sâu của mẫu khắc, Dễ tôi ưu cho kỹ thuật khắc

sử dựng mũi đỏ quét cân quan tâm tới kích thước, hình đạng mũi đỏ quét và hệ vi cơ điều khiển lực khắc của mili đỏ lên mẫu Nghiên cứu trên thế giới về kỹ thuật khắc

sử dụng mũi dỏ quét đã được công bố Một số công bổ về hệ vi cơ cho độ cứng nhỏ hơn, độ địch chuyển lớn hơn hệ vị cơ đảm thẳng, đạt tới hàng trim yum [1] Tuy nhiên các hệ vì cơ vẫn tổn tại độ lệch biên do dao động của các phương khác tới phương, dich chuyên z Các công nghệ khác nhau đã dược giới thiệu cho chế tạo mũi đò quét

Kỹ thuật tiên tiền có thể kế tới đó là sử đụng chừm tia laser hoặc chủm tia điện tử để

chế tạo múi dỗ quét, kích thước mũi dd dal từ 3 + 100 rmn |S]-|7Ì Cáo kỹ thuật này đòi hỏi chí phi cao, trang thiết bị dất tiễn không được trang bị phỏ biển trong, các phòng nghiên cứu trên thể giới cũng như ở Việt Nam Do đó kỹ thuật quang khắc

để tài “Nghiên cứu tuất kế hệ thông lò xo vi trea kiểu đâm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét dink hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic”

2 Mục đích nghiên cứu

+ Phát triển lò xo vi cơ ưu tiên đao động theơ phương vuông góc với mặt phẳng

đề chế tạo (trục z) Hệ lẻ xơ vì cơ có khả năng hạn chế độ lệch biên, 06 độ địch chuyển

hang chue pum va chéng nhiều kết cắp mode

+ Thiết lập quy trình chế tạo mũi đò khắc có kích thước nano mét sử dựng kỹ thuật

quang khác và vi co khối trút truyền thống

~ Thiết lập quy trinh ché tao dé cỏ cẩu trúc nano plasmonic bằng kỹ thuật dập khuôn 3D.

3 Đối Lượng và phạm vi nghiên cứu

+ Đối lượng nghiên cứu đầu tiên của luận ấn lả bộ chấp hành trục s có nhiều chéo thấp, có độ địch chuyển lớn và tân số hoạt động trong phạm vi rộng

+ Công nghệ vi cơ khối trớt đơn giản chê tạo hiệu suật cao mũi đỏ quét và bộ chấp

hành

+ Công nghệ im đập khudn 31D ché tao cau trie nano plasmonic

4 Phương pháp nghiên cửu

‘Trong Luận ản này, phương pháp nghiên cứu két hợp lý thuyết và thực nghiệm + Thiết kể và khảo sát đặc trưng hoạt động của các bộ chấp hảnh mũi dò khắc kích

thước nano mét đựa trên cơ sở các phương trình giải tích được rút ra từ lý thuyết cơ

điọc vật rắn và lý thuyết trường lĩnh điện Ngoài ra, các kết quả tính loàn giải lich được so sánh với kết quả đạt được từ mô phống số sử đụng phương pháp phần tử hữu

han

Chế tạo mũi đò được thực hiện đựa trên công nghệ vi cơ điện tử với quy trình được dé xuất Mũi dò và các câu trúc nano plasmonic được nghiên cửu chế tạo tại Phong thí nghiệm Nghiên cửu và phát triển v¡ hệ thống, Viện Đào tạo Quốc tế về

Khoa học Vật liệu (TTMS), Đại học Bách khoa Hà Nội Cấu trúc mũi đò và các cầu

tric nano plasmonic duge ché tao, danh gia dua trên ảnh hiển v¡ diện tử quét

5 Ý nghĩa khoa học va thực tiễn của Luận án

a ¥ nghĩa khoa học của Luận én:

Luận án đã để xuất hệ vi cơ hoạt động theo phương thẳng đứng vuông góc với mặt phẳng (trục z) và giảm sự ảnh hưởng của các đao động nhiễu từ các phương khác Các cầu trúc hệ lỏ xo vĩ cơ kết cặp cơ ưu tiên chuyên động đọc trục ø đóng góp trơng phát triển các bộ chấp hành khắc có độ chính xác và hiệu suất cao, đồng thời hệ lẻ xo

vị cơ kết cặp cơ có thể ứng đựng trong các cảm biển vật lý

+ Để nâng cao hiệu suất cũng như sự đồng đếu trong việc chế tạo cầu trúc tư Luận án đã đề xuất quy trình và chế tạo thành công mũi đỏ khắc có kích tước nano mét đựa trên kỹ thuật quang khắc truyền théng va vi co khối ướt

Tuan án đã thiết lập được quy trình ché tao cdc cau trie nano plasmonic dựa trên công nghé in dap khuén 3D sử dụng mảng rnũi dé duoc ché tao

+ Kết quả nghiên củu của đề tải không những có ứng dung trong chdp hanh mũi

đỏ quét trong khắc các cấu trúc nano, mà còn có thể ứng đụng trong các linh kiện vỉ

g cảm biển và cáo bộ vị địch chuyển có độ chính xác cao Ơi

kết quả nghiên cứu của luận an đã được chấp nhận đăng trong các kỹ yêu hội nghị

chuyên ngành, đăng ong các tạp cld quốc tế TST, được cấp một bằng sáng chế và Ô1 don ding ky sang chế dược chap nhận

b ¥ nghĩa thực tiễn của Luận án:

Luận án được thực hiện nhằm xây dựng, phát triển các công cụ chế tạo câu trúc

nano có độ chính xác và hiện suất cao dựa trên khắc cơ học Quy trình ché tao mili

đò có kích thước nano mớt sử dụng kỳ thuật khắc quang học truyền thông và công nghệ vị cơ khối ướt với chỉ phí thấp, hoàn toàn được thạc hiện ở trong nước Dây sẽ lam co sé cho viée ứng dung trong phát triển các hệ thống khắc cho chế tạo các câu

trúc nano với hiệu suất khắc cao

6 Tĩnh mới của Luận án:

‘Tinh mdi của Luận án được thể hiện tại 3 điểm sau đây:

- Nghiên cứu đề xuất và thiết kế mô phòng, bộ chấp lánh tu tiên dịch chuyển một chiêu theo phương z Cấu trúc hệ lò xe vì cơ kết cặp cơ khắc phục độ lệch biên của

lò xo vị cơ dâm thẳng phổ biên, hạn chế dao đông nhiều lên cận vả có độ địch chuyển lớn đã được để xuất Các mô hình lý thuyết cho tính toàn phạm vị tân số hoạt động của hệ lò xo vì cơ để được thiết lập

- Luận án đá nghiên cứu và chế tạo thành công mfi dò quét cô kích thước ở thang nano mét dựa trên công nghệ quang khắc tuyền thủng và vị cơ khôi wot

- Luận ản cũng đã thiết lập được quy trình chế tạo máng các cấu trúc nano

plasmonic dua trén kỹ in đập khuôn 3D cho hiện suất khắc cao và tính lặp lại tốt

7 Nội dung Luận án

Nội dụng Luận án báo gồm

Chương 1: Công nghệ khắc cơ học sử đựng ru đò quét

max

Chương 2: Cơ số Tý thuyết và thực nghiệm

Chương 3: Thiết kế bộ vi dịch chuyển mũi dò quét

Chương 4: Chế tạo mũi dé quét dựa trên kỹ thuật khắc quang học và vị cơ khối

rớt,

Kết luận chưng,

xX

Chương 1 CÔNG NGHỆ KHẮC CƠ HỌC SỬ DỤNG MŨI DÒ QUET

Công nghệ khắc cơ học sử dụng mũi dò quét đố thể liên được những ưu điểm khí chế tạo các cầu trúc nano về mnặt kích thước, hiệu suất cũng rữhư tính lặp lại Chương nay sẽ trình bảy về sự phát triển của công nghệ khắc cơ học, các vẫn để cơ bản trong công nghệ khắc cơ học sử dụng mũi đỏ quét và các thành tựu nghiên cứu trên thể giới

và trong nước về hướng nảy Từ đây, định hướng nghiên cửu của Luận án được để

xual,

1.1 Tổng quan công nghệ khắc sử dụng mũi dỏ quét

1.1.1 Lịch sử của công nghệ khắc mũi dò quét

Vào đầu những năm 1980, kính hiến vi đâu dò quét SPM (Scanning Probe

Microscope) di được phát mình cho dang dụng rong khảo sát bề mặt mẫu có kích thước nhỏ SPM đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vục khác nhau, phân tích độ nhám

'°bẻ mặt và hinh ảnh ba chiều các nguyên tử silie [10]-{12]

Tin Liga bia về điều

Mid vi ui asi

Hinh 1.1 Sơ dỗ kinh hiến vì dầu đò quét đơn giản (13)

Trong một số trường hợp, kính hiện vi đầu dò quét có thể do các tính chất vật lý như độ dẫn điện bề mặt, điện tích tĩnh phân bỏ, ma sát cục bộ, tử trường vả mỏ đun

đàn hồi Chính điều này dẫn đến SPM được ứng dung rat da dang Kinh hiển vi đâu

dé quét SPM là dụng cụ được sử dụng dẻ nghiên cứu tính chất bẻ mặt của vật liệu từ

1

cấp độ nguyên tử đến cáp độ micro SPM bao gồm các thành phần được mình họa

F Quate va Ch Gerber dé khic phục nhược điểm cia STM [17][18] Dan nim 1987,

T Albrecht lan đầu tiên đã phát triển AFM đạt độ phân giải cấp độ nguyên lử Năm

1988, ATM chính thức được thương mại hỏa bởi Park Scientific (Stanford, My) Kinh hién vi hte nguyên tử (AFM) khảo sát bê mặt của mẫu bảng một tnữi đò quét, dai vai

m ở đâu tự do

mnieron và thường có dường kính nhỏ hơn 100 A Đầu mĩi đỏ quới

của một vi đâm 16 xo vi co dâm thẳng dải khoảng 100 200 kun Lực giữa đầu mũi

đỏ quét và bê mặt mẫu lầm cho vì đầm lò xo bị uốn cong hoặc lệch hướng, máy đo

đô lệch của dâu mũi dò quét khi mũi dò dược quét qua mẫu hoặc mẫu dược quét dưới đầu mỗi dỏ Dộ lệch cúa vị dầm lỏ xo thẳng đo được cho phép máy tính tạo hình anh

bể mặt mẫu AEFM cỏ thể được sử dụng để nghiên cứu các chất cách điện, chất bán

dn ciing như chất dẫn diện

ie)

| Tach vahbi tiếp điện tử

không tiếp xúc (ÑC-AEM) lả một kỹ thuật sử đụng lò xo vi cơ đầm thẳng rung, trong,

đó lò xo vỉ cơ đầm thing AFM duoc rung gần bẻ mặt của mẫu Khoảng cách giữa mũi đò quét và mẫu đổi với NC-AEM nằm trong khoảng từ hàng chục đến hàng trăm

 NC-AFM là một thiết bị để đo bê mặt mẫu mà ít hoặc không cỏ tiếp xúc giữa mũi

đỏ quét va mau AFM không tiếp xúc có thể được sử dụng đề đo hình học bẻ mặt của

chất cách điện vả chất bán dẫn cũng như chất dần điện Một ưu điểm nữa là các mâu

như phiên silie không bị nhiễm bân khi tiếp xúc với mũi đò quét, không cỏ nguy cơ hỏng bê mặt mâu do mũi dò quét không tiếp xúc trực tiếp Lực tác động giữa mũi dò

quét và mẫu trong chẽ độ khỏng tiếp xúc là rất thấp, lực thấp thuận lơi cho việc nghiên

cửu các mâu mềm hoặc đàn hỏi

Trong trường hợp mẫu cứng, hình ảnh tiếp xúc và không tiếp xúc cỏ thê trông

giỏng nhau Tuy nhiên, nêu một vải trưởng hợp có lớp nước ngưng tụ nằm trên bê

mặt của mâu cứng, thi hình ảnh có thẻ hoản toàn khác AFM hoạt động ở chẻ độ tiếp xúc sẽ xuyên qua lớp chất lỏng đẻ chụp ảnh bề mặt bên dưới, trong khi ở chẻ đồ

không tiếp xúc, AFM sẽ chụp ảnh bẻ mặt của lớp chát lỏng Hình 1.3

Giot

nước

Hình 1.3 Kinh hiển vi lực nguyên tử không tiếp xúc (a) và tiếp xúe (b) [12]

Tuy nhiên, AFM hoạt động với cơ chế tiếp xúc trong quả trình làm việc cơ cau chấp hảnh tạo ra lực đây đầu tự do của lỏ xo vi cơ đâm thằng gắn mũi đỏ quét tiếp xúc vảo bẻ mặt mâu Giữa mũi đỏ quét và bè mặt mẫu trong quả trình đỏ sẽ tiếp xúc

và chuyển động tương đổi với nhau dẫn đến nguy cơ làm biến dạng bẻ mặt mẫu Đặc

biệt là với mâu có độ cứng thấp hơn mũi đỏ quét, mềm va dé bien dang Va chinh

nhược điểm này cũng lả tiên đẻ cho một ứng dụng khác của mũi đò quét Sử dụng

AFM hoặc STM đẻ sửa đổi bề mặt mẫu một cách có chủ đích, bằng cach tac dung

lực vào AFM Kỹ thuật này được gọi là khắc nano (nanolithography) Nó không phải

là ứng dụng chức năng đo lường hình ảnh bê mặt mau, ma la img dung trong việc

thay đỏi, chẻ tạo cầu trúc trên bê mặt mẫu

1.1.2 Cấu trúc cơ bản của hệ thống khắc sử dụng mũi dò quét

Câu trúc cơ bản của hệ thông khắc sử dụng mũi đỏ quét chế tạo câu trúc nano bao gồm 3 thành phân chính được trình bảy trên Hình 1.4: Lò xo vị cơ, mũi đỏ quét và bộ chấp hành mũi do

Lo xo vi co là thành phân có tỉnh đâu hồi, thông thường sẽ có một đầu cố định và một dau ty do ‘rong quá trình hoạt động đầu tự do dao động với biến độ và tân số

phù hợp với ứng đụng Lò xa vi cơ thường được sử đụng trong đầu đỏ quét là lò xo

vị eo dim thẳng, T.ö xo vì cơ đầm thẳng khá đơn giãn khi chế lạo rizng cũng tổn tại một số nhược điểm trong quá trình làm việc Dặc biệt với kỹ thuật khắc cơ học sử dụng mũi đẻ quét, mũi đê làm việc ä chế độ tiếp xúc nên có khả năng bị lệch đọc đầm lò xo ví cơ cũng như lỔn tại sự xoắn ngang,

Thành phần thứ hai là mũi đỏ quét Mũi dò quét thường có dạng bình chỏp hoặc

tứ diện và thường được chế tạo từ Si hoặc Si:Na Mũi dò quét được gắn trên đầu tự

đo của lò xo vị cơ Tuỷ theo kỹ thuật khắc nano sử dụng mũi đồ quét mà mũi đò can hay không cần có tính dẫn diện Hình dạng của mũi dỏ ảnh hưởng lớn đến dộ phân giải khi chế tạo cầu trúc nano hay khảo sát bề mặt mẫu, vì điện tích tương tác giữa mnũi đô và mẫu phụ thuộc vào bản kính của mũi đỏ Bán kinh đùnh eda mii dé dng đụng khắc cơ học khoảng 5 15 nm, nhưng kich thước này bị thay đối, tăng nhanh

khi bị mai mòn, khi tiếp xúc khắc với vật liệu có độ cứng cao

‘Thanh phan thứ ba là bộ phận chấp hành, đầy là thành phân sinh ra lực tác dụng, Tên lò xo vị cơ Điều khiến biên độ địch chuyển của đầu tự do có gắn min đò của lò

Xo vi cơ, điều khiển tần số đao động, lực tác động giữ mũi đò và bề mặt phiên để có

thê thay đối câu trúc bề mặt phiền tạo ra câu trúc nano mong muốn

1.1.3 Kỹ thuật khắc sử dụng mũi dé quét chế tạo cầu trúc nano

Sự phát triển của các thiết bị điện tử nano đổi hỏi các kỹ thuật không cần mặt trạ

để tạo nhanh câu trúc hoặc chế tạo các cầu trúc với hiệu suất cao cho sân xuất hàng, loạt dựa trên cầu trúc nano mẫu Kính hiển vị lực nguyên tứ (AM) làm thay đối bẻ mặt mẫu một cách nhanh chóng trở thành kỹ thuật chế tạo câu trúc nano với phiên cố lớn[21] Kinh hiển vị lực nguyên tử (AEM) không chỉ lá một kỹ thuật chựp ảnh dược

sử đựng rộng rãi mà nó còn có thể hoạt động như một cộng cụ để thay đổi cầu trúc trên bê mặt Sự ra đời của kỹ thuật này lâm thay đối bể mặt mẫu có sự hỗ trợ của đầu

ÿ thuật khắc đầu dỏ quét (SPL) Công nghệ SPL đang thành

công trong công nghệ bán dẫn, sử đụng các phương pháp công nghệ ngày cảng tiên

dò quét, được gọi là

tiến và rất cần thiết cho sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp bán đấu

$

Các giải pháp khắc SPL mới cỏ tiểm năng trong các giải pháp công nghệ mới Kỹ

thuật khắc đầu đỏ quét (SPL) đã chứng minh hiệu quả của nỏ trong việc tạo ra các

câu trúc cỏ độ phân giải cao (<5 nm) quan trong cho nghiên cửu về điện tử nano, quang tử, plasmomie và từ tính [22] Một số loại SPL đã được nghiền cứu và hứa hẹn

nhất cho kỹ thuật in dưới 10 nm [23][24]

Kỹ thuật khắc nano AFM được hỗ trợ bằng lực có thẻ tạo ra câu trúc lõm vả câu

trúc nổi [25](26] Một số kỹ thuật in khắc nano AFM cần yêu tổ điện hỗ trợ như kỹ

thuật oxy hỏa mũi dỏ, lắng đọng và biến đổi điện hóa, biến dạng tĩnh điện, Có khả

nhiêu các kỹ thuật chế tạo sử dụng mũi dỏ quét, dưới đầy là một số kỹ thuật khắc sử dụng mũi đò quét phố biên và quy trình đơn giản của mỗi phương pháp sẽ được trình

Hình 1.5(a) mỏ tả kỹ thuật khắc nano sử dụng mũi đỏ nhúng (DPN), la một qua

trình lắng đọng trực tiếp các mẫu hỏa học trên các bẻ mặt mâu với kích thước và đô

chính xác ở kích thước nano mét Đề thực hiện DPN, mũi đỏ quét được phủ một hóa

chất và được truyền từ từ trên bẻ mặt ở chế độ tiếp xúc Các hỏa chất khuếch tản từ

mũi đô đến bẻ mặt phiên để tạo ra các cầu trúc nano mong muôn nồi trên bẻ mặt phiến

[19]27]

Đặc điểm khắc sử dung mũi đỏ nhúng có thẻ sử dụng được nhiều loại hóa chât

hữu cơ, vô cơ và sinh học trên bẻ mặt kim loại, chất bản dẫn vả oxit Không có hiệu ứng nhiều xa lân cận như kỹ thuật khắc quang học truyền thống Tuy nhiên tốc độ

6

khắc của phương pháp này chậm do quá trình lắng đọng lên mũi đỏ và truyền đẫn xuống phiến Nên phương pháp này không dap ứng được như câu sản xuất công,

Kỹ thuật quang khắc trường gắn ITinh I.5(Œ) có quy trình phần giỏng với kỹ thuật

quang khắc truyền thống, my nhiên đối với kỹ thuật quang khắc trưởng gần quá trình

quang khắc khỏng cần sử dụng mặt nạ câu trúc mà chiếu trực tiếp lên lớp cắm quang

thông qua mũi đỏ Mũi đò khắc trục tiếp hình dang cấu trúc lên lớp cảm quang Sau

khi hiện hình lớp câm quang, cầu trúc nấu thu được do địch chuyển giữa mũi dé va phién tao ra Phuong pháp nảy khắc phục hạn chế về giới hạn nhiễu xạ trong phương, pháp quang khắc thông thường [28], nhưng lại có hiện suất khắc thập hơn nhiều đo

cơ chế khắc trực tiếp nên chỉ phủ hợp trong chế tạo đơn lẽ, phòng thí nghiệm

1.1.3.3 Oxi hóa vùng (Local Oxidation)

Kỹ thuật khắc oxy hóa vùng Hình 1.5(c) bằng mũi dò kinh hiển vi lực nguyên tử đang được xem như một phương pháp hiệu quả để tạo mẫu bể mặt ở kich thước nano

mét [32] Kỹ thuật này phụ thuộc vào khoảng cách giữa mũi dò và bẻ mặt phiên, điện

áp ôxy hóa và thời gian xung điện của mũi dò tới vật liệu phiến |33]

Đây là kỹ thuật khắc mũi dò quét chế tạo cầu trúc nano không tiếp xúc, dao động, với biên độ không đối Khi đặt xưng điện áp phân cực 1: điện áp tới bạn, một mặt giọt chất lòng giữa mía đồ và bê mặt phiền được cảm ứng bởi điện trường, Giọt lỏng, này hoạt động gidng như một tổ bảo điện hóa kích thước nano mét [34] Khi đặt xung,

điện áp oxy hóa Ƒ„„ tại nơi diễn ra phản ứng oxy hóa Khi xung điện áp tắt, 16 xo vi

co din béi AFM nhấo mũi dò ra khôi bể mặt phiển làm cũng mặt giọt lông Sau khi mặt giọt bị đứt, mũi dò khôi phục lại biên dộ dao dộng ban dau và tiếp tục quét, lúc

¬

nay trén be mit phien da xuat hién cau tric silic oxit [35] Ky thuat nay bang cach dat

điện áp cao giữa phiên và mũi đỏ đủ đẻ xảy ra hiện tượng phỏng tia lửa điện, thực chất là phóng điện tử từ mũi dò lên bề mặt phiến, khiến cho vùng silie này bị ôxy hóa

thanh SiO2 Kỹ thuật nảy cho phép chế tạo câu trúc nano silie kích thước nhỏ như kỹ

thuật quét chủm điện tử nhưng phải đủng các máy móc, thiết bi va phién SOI voi lop lĩnh kiện mỏng cỡ 10 nm rất đắt tiên

1.1.3.4 Khắc cơ hoc (Mechanical Scratching)

Có thẻ thấy các kỹ thuật khắc nói trên cho phép khắc cầu trúc chủ yêu là hai chiêu (2D) ở kích thước nano mét, việc chế tạo các câu trúc ba chiều (3D) cho đến nay van

còn nhiều thách thức Kỹ thuật khắc cơ học sử dụng đâu đỏ quét giải quyết phân nào

trong việc chế tạo câu trủc 3D [36][37] Kỹ thuật khắc cơ học dựa trên đâu dỏ quét

sử dụng mũi đò quét và một lực cơ học lảm thay đổi bề mặt mẫu một cách chủ đích

tao ra cau tric can thiét [25][27][38] Dé phan giải của kỹ thuật khắc cơ học phụ thuộc vảo chế độ dao động mả đầu đỏ quét hoạt động Có khả nhiều công trinh nghiên cửu, ứng dụng kỹ thuật này chế tạo câu trúc nano đã cho thấy kết quả rất tốt vẻ độ phân giải ở thang nano mét, hiệu suất khắc cao cũng như tính lặp lại tốt [39] Kỹ thuật

khắc cơ học có thể chẻ tạo câu trúc theo cơ chế in đúc tạo mâu với chẻ độ dịch chuyên

của lò xo vi cơ dâm thẳng theo phương vuông góc với bê mặt mâu, hoặc cho mũi do

va be mat mẫu chuyên động tương đối với nhau đẻ lợi dụng ngoại lực là lực ma sát

giữa chúng đề làm thay đổi bề mặt mẫu tạo ra câu trie dang day nano Hình 1.6

Hình 1.6 Kết quả khắc mũi dò quét tạo cấu trúc đây nano [40]

Kỹ thuật khắc cơ học ứng dụng cơ chế với một mẫu gốc hay có thẻ gọi là khuôn

mẫu trong quá trinh sao chép, khuôn mẫu đỏng vai trò quan trọng trong câu trúc sao chép kích thước nano mét lên lớp vật liệu mm polyme và được gọi là khắc nén nhiệt

8

(Themnomnechanical Tndentation) [39]-[41] Vật liệu thường được sử dụng để làm khuên mẫu la Si, SiOa, SINa, hoặc kim loại |42]|43] Độ phân giải của quả trình khắc phụ thuộc vào lớp polyme được sử dụng Những yêu câu cơ bản với polyme in nano

lả nhiệt độ thay đổi tạng thái thấp để làm cho nhiệt độ ín thấp, độ eo ngói thấp san:

in để duy trì độ chính xác của mẫu và độ chống ăn môn cao Một số nhân tỏ có thể ảnh hướng đến kết quả in nano như là lục nén, nhiệt độ nung nóng, độ dày của lớp in, xnật độ mẫu và đặc tính kích thước trên khuôn mẫu

1.1.4 Các phương pháp chấp hành đầu dò khác

Phương pháp chấp hành chung của kỹ thuật khắc sử đụng, mũi dò quét là các mũi

dò được gắn trên một đâm lò xo vi cơ dâm thẳng hay còn goi la cantilever Dam 16

xo vi eơ đầm thắng được điều khiển để đao động lên xuống tại tần số công hưởng, hoặc gần tần số cộng hướng của nỏ KẺ diều khiển các dẫu đỏ hoạt dộng hiện nay các nghiên cứu đã ứng dụng ba phương pháp chấp hành phế biển là chấp hành nhiệt, chấp thành áp điện và chấp hành tĩnh điện Với mỗi một phương pháp chap hành đều có ưu

và nhược điểm riêng, cần hiểu vá lựa chọn phủ hợp với câu trúc, thiết bị cần chế tạo

1.1.4.1 Phương pháp chấp hành nhiệt

Phương pháp khắc sử dựng mũi dỏ quét chấp hành nhiệt dược dưa ra vào những,

năm đâu của thập kỉ 90 Trong phương pháp này, mặt đưới của lò xo vi cơ được gắn

mũi đỗ và được phủ một lớp màng kim loại cô độ giãn nỗ khủ nhiệt cao Mặt trên dẫn

dược thiết kế với một diện trở, diện trở này dược nội với bộ diễu khiển bằng dây dan Khi chưa có tỉn hiệu điện, mũi đò tiếp xúc và khắc trên bể mặt mẫu Khi có tín hiệu diện, điệu trở sinh nhiệt kẻo (hơo rhuệt độ của đầm cũng tăng lên, do dộ đân nở của vật liệu lò xo vị cơ vả kim loại phủ ở mặt dưới lò xơ vi cơ khác nhau dẫn đến sự uốn cong dam 16 xo vi co Lite nay mang kim loại sẽ dân nở lớn hơn vật liên đấm lò xo ví

cơ thường là silic và nâng mũi đẻ lên khỏi bề mặt mẫu, tại thời diễm này đừng hoạt động khắc lên bể mặt phiến Màng kim loại thường được sử dụng là màng vàng và phủ 1 lớp crom làm chất bám đính Hình 1 7(a) Với khắc sử dụng chấp hành nhiệt có

uu thé so vai khắc các loại gồm và polyme dẫn dién [39]

Hình 1.7 Cơ chế chấp hành nhiệt [44]

Chap hảnh nhiệt sử dụng sự giãn nở nhiệt của vật liệu đề tạo ra các dịch chuyển

cơ học Sự giãn nở nhiệt của vật liệu rắn được đặc trưng bởi hệ số giãn nở nhiệt (CTE)

y trong công thức £ = AT

Biểu thức chỉ ra rằng biển dạng cơ học, £ tỷ lệ thuận với thay đổi nhiệt độ A7" trong đó # là hằng số giãn nở nhiệt (CTE) Khi gia nhiệt thi lớp kim loại giãn nở

nhanh, lảm cho thanh đâm bị uốn vả nó trở về vị trí ban đâu khi dừng cấp điện cho

điện trở và lò xo vĩ cơ được làm nguội như Hình 1.7b Phương pháp chấp hành nhiệt

có ưu điểm là lực uốn lớn nhưng bên cạnh đó nó cỏ nhược điểm là công suất điện lớn

hơn các phương pháp chấp hành khác do điên trở sinh nhiệt, đáp ứng châm do quán

tỉnh nhiệt lớn, khi điều khiển mảng mũi dò tích cực thì xảy ra nhiều nhiệt giữa các mũi đỏ độc lập lân cận, do nhiệt truyền qua không khi Gần đây nhóm nghiên cứu của Mohammadreza Soleymaniha đã thiết kể vả chế tạo bộ đầu đỏ quét tăng biên đô dịch chuyển và giảm sự ảnh hưởng nhiệt giữa các đầu dò quét [22]{44]

Ehẩ ko nhà

Hinh 1.8 (a), (e) Hình ảnh thiết kế mảng đầu dò quét, (b) ánh SEM máng dau do

quét voi bộ dịch chuyển chấp hành nhiệt [22](44]

10

1.1.4.2 Phương pháp chắp hành áp điện

Phương pháp chấp hành dưa trên hiệu ứng áp điện ngược đề điều khien su dich

chuyên cơ học của mũi dò Khi có sự chênh lệch điện áp ở hai bê mặt vật liệu áp điện

thi sẽ tạo ra biên dạng Sự biển dạng nảy tỷ lệ với điện áp trên hai bẻ mặt vật liêu áp

điện [45], sơ đô minh họa như Hình 1.9 Mặt dưới của lò xo vi cơ ngoài mũi dõ quét

được phủ một lớp vật liệu áp điện Mặt trên của đầm được phủ một mảng kim loại cỏ

độ dẫn điện tốt, mảng kim loại này được nỗi với bộ điều khiên bằng dây dân Khi

chưa có tín hiệu điện, mũi đỏ tiếp xúc và khắc trên bẻ mặt mẫu Khi có tín hiệu điên,

mảng kim loại gây ra điện trường làm lớp vật liêu áp điện bị giãn ra và nâng đâu mũi

đỏ lên khỏi bề mặt mẫu và dừng khắc Bộ truyền động áp điện tân dụng sự ghép nồi tồn tại giữa biển đang cơ học và phân cực điện trong vật liệu áp điện Những vật liêu

nay tao ra điện tích trên bẻ mặt của chúng khi chủng bị căng cơ học hoặc ngược lại,

chúng trở nên cong khi áp điện trường vảo Vật liệu áp điện có thẻ được chỉa thành các tình thể đơn, gồm sử và polyme Những lợi thế tiêm năng của bộ truyền động áp

điện bao gồm ứng suất cao, đãi điều khiến rộng, mật độ năng lượng cao và điện áp hoạt động cỏ khả năng thấp hơn so với truyền động tĩnh điện Nhược điểm là sự dịch

chuyên nhỏ hơn nhiều với chấp hảnh tĩnh điện và quy trình chế tạo phức tạp cản lắng

Hình 1.9 Cầu trúc chấp hành áp điện (a) Mãi đò khắc DPN [46], (b) Thanh lò xo vi

cơ dâm thẳng treo mũi dò [47]

Ví dụ một thiết bị truyền động áp điện Pb zirconate titanate (PZT) Hinh 1.9 cho

thấy bản thiết kể hệ vi cơ cho kỹ thuật khắc bút nhúng DPN chấp hành sử dụng lò xo

11

vi cơ truyền động với chấp hành ap dién [46][48] Voi dién ap diéu khién, 16 xo vi co cong xuống vì sự biên dạng của màng PZT khién cho mũi do (TIP) dich chuyẻn lên

xuống theo phương biển dạng của thanh dâm Hinh 1.9) là ảnh SEM một lỏ xo vi

co đảm thẳng cô định một đâu và sử dụng lớp PZT trên thanh đảm [47] Phương pháp

nảy có độ điều khiến chỉnh xác cao, điện áp điều khiên tháp, đô phân giải lớn, tuy nhiên nó chỉ được sử đụng đề điều khiển các chuyên động nhỏ vả việc lựa chọn vật

liêu chế tạo vả công nghệ chẻ tạo yêu câu độ phức tạp cao

Hình 1.10 Đâu dò quét chấp hành tụ điện hai bản cực song song [49]

Dang câu trúc bản cực của chấp hành tụ điện phổ biển là hai bản cực song song,

một bản cực có định song song với lỏ xo vi cơ có gắn mũi đò và mặt sau của lò xo vĩ

cơ lâm một điện cực, khi phân cực ngược cho hai điện cực thỉ lò xo vỉ eơ dẳm thẳng,

sẽ chịu một lực tĩnh điện tác đông lên đầu tự do chửa mũi dò của dâm khiến cho dau

tự đo của dâm sẽ bị uồn cong lên hoặc xuống theo bản cực điều khiển Hình 1.11 [50]

Chấp hành tĩnh điện hai bản cực song song có thẻ cung cáp lực tĩnh điện khoảng

100x10®N với biên độ dịch chuyển cỡ 3 am [49]

Hinh 1.11 Cau tric déu dé va chap hanh finh dién song song [39],

‘Véi nhu cau hanh trinh dich chuyén lon hon doi véi chap hanh tinh dign, co mot biển thê khác của chấp hảnh tĩnh điện là tụ điện xen kế một bản cực giữa hai bản cực Hình 1 12, tụ điện dang nảy có thẻ gọi là tu điện răng lược

Hinh 1.12 (a) Cầu trúc chấp hành fĩnh điện răng lược [S1], (b) ảnh SEM chấp hành tinh

điện răng lược [52], (e) thiết kế mũi dò dịch chuyển 3 chiều sử dụng chẳp hành tĩnh điện

răng lược [S3]

13

Bé dịch chuyển kiéu tu cau tric ring lược được ứng dụng và phái triển dé điều

tới các nghiên cứu như Xinyu Liu

và cộng sự đã công bồ một hệ thống địch chuyển 3 chiều sử đụng chấp hành tĩnh điện

khiển câu trúc theo các phương +, » vả z Có thể

kiểu tụ câu trúc răng lược địch chuyển phương x, y và lụ phẳng dang hai lâm song, song địch chuyển phuomg z [54] Karolina Laszozyk va cộng sự, hay nhỏm nghiền cứu Gaopeng Xue đã sử dụng bộ chấp hành câu trúc răng lược cho địch chuyến +, „'

I55II56J- Ngoài ra nhóm nghiên cứu và phát triển vĩ hệ thống lại viện TTIMS, Pai hoc

Bách khoa Hà Nội có nghiên cửu thiết kế hệ vị co địch chuyên 3 chiều sử dụng chấp

thành tĩnh điện răng lược [S3]

1.2 Tình hình nghiên cứu về khắc sử dụng mũi dò quét trên thế giới

1.2.1 Mũi dò quét và phương pháp chế tạo

"Mũi đỏ là một trong 3 thành phân cầu thành đản do khắc sử đụng mũi đò quét Mũi

đỏ quét được chế tạo băng các kỹ thuật khác nhau, từ công nghệ sử đựng mặt nạ Lôi công nghệ khắc trục tiếp không sử dụng mặt nạ, tử công nghệ truyền thống đến cổng nphệ hiện đại được trình bày sơ lược như sau

1.2.1.1 Sứ dụng quang khắc kết hợp ăn mòn hóa học

Trong phương pháp tây, phiến silie phú 1 lớp SiOz hoặc Cr được sử đựng để làm

mặt na, Phiên sẽ được quang khắc dễ tạo câu trúc bề mất, sau đó phiên dược ăn mòn

hỏa hoe để tẩy bỏ lớp mặt nạ vả tạo câu trúc mỗi đỏ quét dang hình chóp Trong quy

trình chế tạo mũu đồ, quang khắc là bước quan trọng để quyết định bình dáng, kích thước mũi đỏ Quang khắc đỏi hói bê mặt phiến phải rất sạch dễ trảnh tạo khuyết tật cũng như giảm biệu suất quang khắc Phiên cần được loại bỏ hoàn toàn các tạp chất thữu co cũng như các ion kim loại để đâm bão chất lượng Quang khắc tạo mặt nạ câu trúc bằng chất cảm quang, kết hợp ăn mòn tạo mặt nạ SiOa hole Cr, sau đỏ thực hiện

ăn mèn Sỉ tạo được mũi dỏ như Tlinh 1.13 [56] Ky thuat nay don pian để thực hiện,

tuy nhiên do đặc điểm bước sống ánh sảng và tồn lại hiện lượng nhiều xạ lân cận nên

chỉ chế tạo được mặt nạ ở kích thước mieromet

1.2.1.3 Kỹ thuật khắc trực tiếp bằng chum tia laser (laser direct writing)

Cấu trúc tano được lạo nà

60 nm

Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý kỹ thuật khắc trực tiếp bằng chùm laser [59]

Kỹ thuật khắc trực tiếp bằng chủm laser hoạt động dựa trên việc str dung chim laser hội tụ lên bể mặt phiền phủ một lớp vật liệu phủ hợp Kỹ thuật khắc laser không

bị nhiều xạ so với kỹ thuật quang khắc đo không sử dụng mặt na Kỹ thuật nảy cũng phức tạp vả chỉ phí cao nên mới chỉ áp dụng trong các phỏng nghiên cứu Woongsik

Nam vả cộng sự sử dụng kỹ thuật khắc trực tiếp bằng chủm laser chế tạo dây nano

Bảng so sảnh kích thước mũi dỏ chế tạo bằng các kỹ thuật nêu trên được thẻ hiện

trên Bang 1.1 Như vậy, quang khắc là kỹ thuật có độ phân giải kém nhất do phụ thuộc vào bước sóng tia UV cũng như nhiễu xạ lân cân Các kỹ thuật cỏn lại cỏ thể

chế tạo được mũi đỏ có kich thước đỉnh tử vải nano mét đền vải chục nano mét một

cach dé dang, nhưng đỏi hỏi trang thiết bị hiện đại phức tạp, đặc biệt hiệu suất khắc

16

1.2.2 Cấu trúc lò xo vi cơ gắn mũi dò quét và vấn đề còn tồn tại

1.2.2.1 Cấu trúc lò xo vi cơ dầm thằng

Công nghệ vi hệ thông vi cơ điện tử (MEMS) là một quy trình công nghệ được sử dụng đề tạo ra các thiết bị hoặc hệ thông tích hợp nhỏ kết hợp các thành phân cơ và

điện [67] Trong kỹ thuật khắc sử dụng đầu đỏ quét thì hệ thông vi cơ điện tử có vai

trỏ hết sức quan trọng, nỏ tạo nên hệ chấp hành chuyên động, hảnh trình của mũi do quét trong quá trinh chuyển động [68] Hiện nay hầu hết 16 xo vi co trong các hệ vi

cơ của các nghiên cứu về kỹ thuật khắc đầu đò quét được thiết kế vả chẻ tạo dựa trên

dam 16 xo vi co dam thẳng [69][70] Lo xo vi co đầm thẳng là kết câu cỏ đạng thanh: ngang một đầu được gắn có định, đầu cỏn lại tự do Hiệu theo một cách khác thì dầm

lò xo vị cơ dầm thing chỉ cô định một đâu, đầu cỏn lại được tự do theo một nguyên

ly, nguyên tắc nhất định để đáp ứng mục đích của câu trúc Lò xo vi cơ theo cầu trúc của dâm lò xo vi cơ dâm thẳng khá đơn giản và đáp ứng được yêu câu chấp hành của

kỹ thuật khắc sử dụng mii do

Hinh 1.16 (a) Anh lo xo vi cor dam thang chiéu dai khodng 200 wm, tan sé dao déng

sử dụng chấp hành nhiệt là 20 kH1z [71], (b) Hình ảnh quang học 3D của mảng đẩu

dé quét dang hoat déng [67], (c) Anh AFM dam lo xo vi co’ thaing dai 300 um [9] Bên cạnh những hệ vi cơ sử dụng lò xo vỉ cơ dầm thẳng thì cũng có các nghiên cứu

thiết kế hệ lò xo vỉ co chữ T trên cơ sở của hệ lỏ xo vi cơ đâm thẳng gắn vuông góc với

một lò xo vi cơ đâm ngang cô định hai đầu giảm độ uồn của dâm lò xo vi cơ thắng [72]

Hinh 1.17 (a) Anh vi mé SEM ctia edu trie 16 xo vi co dạng chữ T, (b) Hình ảnh

thiét két 3D mé phong két qua ché tao (72)

1.2.2.2 Ván đề tôn tại của lò xo vi cơ dầm thằng

a Độ lệch biên dọc trục của lò xo vi cơ dầm thang

Đô lệch biên đọc trục của lỏ xo vi cơ thẳng có thẻ thấy trong các hệ vi cơ điện tử

sử dụng trong kỹ thuật khắc sử dụng đầu đỏ quét được chẻ tạo dạng lò xo vi cơ dâm thẳng Do câu trúc lò xo vị cơ dâm thẳng cỏ một đầu dầm thẳng được có định và đâu

con lai gan mii dé treo tu do dan den hoạt động bắt đỏi xửng nên khi thanh dam uén

cong sẽ tạo ra sự lệch biên, mũi dò sẽ lệch so với vị trí cần thiết một khoảng AI như

Hình 1.18 Đồ lệch biên này tỷ lệ với độ dịch chuyên của lò xo vỉ cơ

Hình 1.18 Sự lệch biên của đầu tự do trên lò xo vi cơ dầm thẳng cô định một đâu b, Sự xoắn ngang lò xo vi cơ đầm thăng

Lô xo vi cơ trong hệ thông khắc mũi dò quét cân có độ dịch chuyển lớn vả tần số

hoạt động thấp nên có độ cứng thấp, Điều này đạt được khi lò xo vì cơ mông và tăng

6 dai của lỏ xo ví cơ đâm thẳng Tuy nhiên, điều đó làm xuất hiện mồ men xoãn

ngang lỏ xo vi cơ sẽ làm lệch mũi dỏ gắn trên đầu tự do của lỏ xo vi cơ dầm thang

18

Hình 1.19 Mô men xoắn ngang lò xo vi cơ đầm thẳng

Như vậy cỏ thẻ thây lò xo vi cơ dầm thẳng cỏ cầu trúc đơn giản tuy nhiên tén tai

độ lệch biên Thứ nhất lệch biên dọc trục làm sai lệch vị tri của mũi đỏ khi chuyển động theo phương =, thứ hai lêch biên do sự xoắn ngang trục Sai số lệch biên này cảng lớn khi mũi đỏ làm việc ở chế độ tiếp xúc với bè mặt phiến Điều nảy làm ảnh hưởng đến độ chính xác của hệ thông khắc sử dụng mũi đỏ quét khi làm việc

1.2.3 Các giải pháp khắc phục nhược điềm của lò xo vi co’ dam thang

1.2.3.1 Lò xo vi cơ hình chữ V

Để giảm thiêu sự ảnh hưởng của độ lệch biên dọc trục và xoắn ngang trục lỏ xo vi

cơ thi câu trúc lò xo vị cơ hình chữ V được sử dụng và đã cho thay sự cải thiện giảm

ảnh hưởng sự xoắn ngang, tuy nhiên vân chưa cải thiện lệch biên dọc trục

đao động cao, biên độ dịch chuyển thấp [73]{74]

li

Hình 1.20 Hình ảnh lò xo vì cơ hình chữ L [7S][76]

1.2.3.2 Lò xo vi cơ dằm thằng đối xứng

Hé lo xo vi co có khả năng địch chuyên 3 trục với biên đô dịch chuyen micromet

và đô phân giải ở thang nano mét Bộ truyền động tụ điện dạng răng lược trong mặt phẳng (phương x, y) cho bién do dich chuyén +12.5 jum va dao động ngoài mặt phẳng

(phương z) sử dụng tụ điên song song cho biên độ dich chuyén 3.5 jum 6 dién ap dat vào 14:8 (V) Hệ lỏ xo vi cơ cho độ dịch ngoài mặt phẳng (phương z) khả lớn, tuy