[发明专利]高分辨率微机电测微游标尺

摘要

本发明涉及一种用于测量微机电结构微小几何尺寸变化量和（或）移动量的高分辨率测微游标尺结构，该高分辨率测微游标尺结构包括：一维移动测量游标尺、用于移动量放大的杠杆机构和相对型电热执行器。该装置利用电流产生热驱动方式移动测试探头，利用杠杆结构增强灵敏度，利用特殊的游标尺测量等效移动量，由杠杆的放大倍率设计可以有效且简单地提高测微分辨率。

主权项

一种高分辨率微机电测微游标尺，该游标尺结构由一维移动测量游标尺、用于移动量放大的杠杆机构、相对型电热执行器以及及连接以上三部分的若干梁组成，其特征在于，所述的一维移动测量游标尺（102）由左右两部分组成，其左半部分包括多个相同并顺时针旋转90度的“T”型结构，旋转后的“T”型结构由水平矩形（102‑1）和与其垂直的竖直矩形（102‑2）构成；各个“T”型结构的水平矩形（102‑1）与直梁（102‑3）垂直连接，“T” 型结构的竖直矩形（102‑2）的两条长边是对准用的基线，其中，右侧长边为A基线，左边长边为B基线，所有“T” 型结构的尺寸完全相同，所有A基线在一条直线上，B基线在另一条直线上；其中，所述的一维移动测量游标尺（102）的右半部分由梳齿结构和位于齿上的“凸”型结构构成，梳齿结构由锚区（102‑4）和垂直连接到锚区（102‑4）的若干齿（102‑11）构成，在齿（102‑11）上与“T”型结构相邻的一边设计有“凸”型结构（102‑5～102‑10），所述“凸”型结构的个数等于齿（102‑11）的个数减1后乘以2，自下而上地任何两个上下相邻的“凸”型结构，上面的“凸”型结构比下面的“凸”型结构向右平移2△，所述“凸”型结构上与齿垂直的4条直线是另一组对准基线，其中，最左边的为C1对准基线，向右依次为C2、C3、C4对准基线，C1、C2基线间距以及C3、C4基线间距均等于[（“凸”型个数×2‑1）×△]，其中所述△为游标的最小分辨单位；所述的一维移动测量游标尺的齿（102‑11）和“T”型结构间隔排列，其中右半部分的锚区（102‑4）与左半部分的直梁（102‑3）平行，右半部分的齿（102‑11）与左半部分“T”型结构的底部部分所对应的水平矩形（102‑1）平行；所述杠杆机构由两个上下相对放置的杠杆（103）组成，每个杠杆包括：固定在衬底上的锚区（103‑1）；直梁（103‑3）；连接锚区（103‑1）和直梁（103‑3）的细梁（103‑2），所述细梁（103‑2）是杠杆的支点，该支点将直梁（103‑3）分割为长臂和短臂，设置在上面的杠杆，长臂在上，短臂在下，设置在下面的杠杆，长臂在下，短臂在上；所述相对型电热执行器由上下两个横向运动电热执行器（101）并通过两个水平直梁（108，109）和竖直宽梁（110）连接而成，横向运动电热执行器（101）由锚区（101‑1,101‑2）、细梁（101‑3，101‑6）、连接梁（101‑4）、宽梁（101‑5）相互连接组成，在竖直直梁（110）的水平中心线位置左侧有一组作为测微探针的直梁，该直梁由水平直梁（106）和细直梁（107）连接而成；所述高分辨率微机电测微游标尺各组成部分的连接关系如下：相对型电热执行器（101）中的两根水平直梁（108、109）分别延伸连接到上下两个杠杆（103‑3）的短臂末端，在上下两个杠杆（103‑3）的长臂末端分别有一根水平短梁（104、105）连接到一维移动测量游标尺（102）的左半部分直梁（102‑3）；整个结构除固定在衬底上的锚区外全部悬浮于衬底之上，共有7个锚区，分别是：位于一维移动测量游标尺右半部分的锚区（102‑4）；2个位于杠杆支点处的锚区（103‑1）；4个相对型电热执行器中的锚区（101‑1、101‑2）。