在半導(dǎo)體芯片的制造流程中，探針可以對芯片進(jìn)行性能檢驗(yàn)；在新材料研發(fā)的實(shí)驗(yàn)室中，探針與樣品表面的納米級接觸，解鎖材料的電學(xué)、光學(xué)特性；在生物研究室中，探針正在以極快且細(xì)微的運(yùn)動對細(xì)胞進(jìn)行穿透。這些精密操作的背后，都離不開一個核心設(shè)備——探針臺。

一、探針臺：微觀世界的測試站

探針臺作為現(xiàn)代微納測試和操縱的關(guān)鍵設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體檢測、材料研究、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。它如同微觀世界的手術(shù)臺，讓研究人員能夠?qū){米材料、細(xì)胞乃至單個分子進(jìn)行精確的操作和測量。

簡單來說，探針臺的核心任務(wù)就是在納米至微米尺度下，實(shí)現(xiàn)探針與樣品的精準(zhǔn)對準(zhǔn)、穩(wěn)定接觸，并配合測試儀器完成力、電、光等性能的檢測。無論是半導(dǎo)體行業(yè)中芯片的良率檢測、新型材料的特性分析，還是光電器件的參數(shù)校準(zhǔn)，探針臺都是不可或缺的連接橋梁，它搭建了宏觀測試設(shè)備與微觀樣品的通道，其精度也直接決定了測試數(shù)據(jù)的可靠性。

探針臺的核心原理是通過精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制技術(shù)，驅(qū)動探針或樣品進(jìn)行多自由維度移動和角度調(diào)整，確保探針能精準(zhǔn)落在樣品的測試點(diǎn)上，同時還要保持穩(wěn)定的接觸力，避免壓壞樣品或接觸不良。

納米探針

注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

▲探針臺的主要應(yīng)用行業(yè)和場景：

1.半導(dǎo)體行業(yè)：集成電路的電氣性能測試、晶圓測試和封裝后的測試。

2.光電行業(yè)：測試光電元件，如LED、光電探測器和激光器的性能。

3.材料科學(xué)：表征材料表面的微觀形態(tài)，如表面缺陷、晶粒大小等；研究和測試材料在不同溫度下的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能，以及測試材料的穩(wěn)定性和可靠性。

4.生物醫(yī)學(xué)：研究生物材料表面的生物相容性；生物分子、細(xì)胞和組織的高分辨率成像、分析以及生物傳感器的研發(fā)等等。

（注：圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

二、壓電納米技術(shù)為何逐漸成為探針臺的核心需求？

基于探針臺的應(yīng)用場景看，不論是半導(dǎo)體行業(yè)的芯片檢驗(yàn)還是生物研究領(lǐng)域的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，這些高精密的領(lǐng)域本質(zhì)上都依賴于探針臺的定位與控制技術(shù)的極限精準(zhǔn)度。當(dāng)操作精度要求達(dá)到納米級，甚至亞納米級，傳統(tǒng)的機(jī)械驅(qū)動方式早已難以滿足需求，可能存在的機(jī)械間隙會導(dǎo)致誤差，響應(yīng)速度太慢則無法適配高頻測試，而穩(wěn)定性不足又會影響數(shù)據(jù)重復(fù)性。

這時，壓電納米定位與控制技術(shù)就成為了破局的關(guān)鍵：以壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，通過壓電材料的逆壓電效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)納米級甚至亞納米級的位移控制、角度調(diào)整與動態(tài)響應(yīng)，完美契合探針臺對“高精度、高穩(wěn)定性、快響應(yīng)”的核心需求。

壓電納米技術(shù)的核心優(yōu)點(diǎn)：

·納米級分辨率：需要達(dá)到納米及以下的運(yùn)動精度

·超高穩(wěn)定性：避免振動對精密操作的影響

·快速響應(yīng)：毫秒級的響應(yīng)速度以適應(yīng)動態(tài)測試

·真空兼容：適應(yīng)SEM等顯微設(shè)備的高真空環(huán)境

·多軸協(xié)同：可實(shí)現(xiàn)多維度、復(fù)雜的角度控制

三、芯明天壓電納米探針臺大展身手

1.十五維壓電納米探針臺：高精度壓電技術(shù)的協(xié)同工藝

芯明天壓電納米探針臺由壓電納米定位臺、壓電馬達(dá)位移臺和壓電物鏡定位器及結(jié)構(gòu)組件組成。壓電納米定位臺作為樣品承載平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)二維高精度偏擺調(diào)節(jié)；由4組壓電馬達(dá)位移臺分別操控的探針，能夠在XYZ三維空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)納米級精度的運(yùn)動；壓電物鏡定位器通過精準(zhǔn)操控物鏡在Z軸方向進(jìn)行納米級別的聚焦調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)高分辨率的顯微觀察。

1.樣品臺

壓電納米定位臺可實(shí)現(xiàn)單軸甚至多軸精密運(yùn)動的壓電平臺，其運(yùn)動范圍可達(dá)毫米級，具有體積小、無摩擦、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，配置高精度傳感器，可以實(shí)現(xiàn)納米級分辨率及定位精度；高剛性、零間隙的設(shè)計特點(diǎn)保證了系統(tǒng)在操作中的穩(wěn)定性和重復(fù)性，是承載樣品的可靠平臺。

2.探針臺

壓電馬達(dá)位移臺是由壓電陶瓷作為驅(qū)動馬達(dá)，利用特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，將壓電陶瓷產(chǎn)生的直線微位移轉(zhuǎn)換為機(jī)械平面的宏觀直線（或角度）運(yùn)動，行程可達(dá)幾十毫米（或360°）。納米級的重復(fù)定位特性，使其能夠?qū)崿F(xiàn)探針的高精準(zhǔn)定位。針對探針對樣品作用力控制的需求，芯明天壓電馬達(dá)位移臺提供了納米級的運(yùn)動控制和精準(zhǔn)的力度輸出，為探針的運(yùn)動提供精準(zhǔn)的定位導(dǎo)航。

3.顯微聚焦

在對例如生物細(xì)胞這種微觀樣品進(jìn)行操作時，需要同時保持樣品觀測清晰度和探針操作精度，芯明天壓電物鏡定位器是專門為物鏡聚焦顯微而設(shè)計的，采用無回差柔性鉸鏈并聯(lián)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計，物鏡補(bǔ)償量較小，具有超高聚焦穩(wěn)定性，物鏡定位器裝入顯微檢測/測量或者觀測裝置，可帶動物鏡聚焦提高精度，能與多種高分辨率的顯微鏡配合使用，可以實(shí)現(xiàn)樣品與光學(xué)系統(tǒng)的納米級協(xié)同定位。

圖中所示的探針臺集成了芯明天多款壓電產(chǎn)品，其核心配置包括：S54二維偏擺臺，該平臺可根據(jù)實(shí)際需求靈活定制參數(shù)；N56系列直線馬達(dá)位移臺，其行程具備豐富的可選范圍，最大行程能達(dá)到50mm以上；壓電物鏡定位器，多行程可選，分辨率最高可達(dá)到2.5nm。

2.十九維壓電納米探針臺：微納操作的完美集成

芯明天該款壓電納米探針臺是集合了壓電納米定位臺和基于壓電馬達(dá)位移臺構(gòu)建的納米探針模組的納米探針臺，可與掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）和其它電鏡協(xié)同進(jìn)行納米操作。中心的樣品臺可進(jìn)行XYZ三軸運(yùn)動，4組納米探針模組可進(jìn)行XYZ三維直線及R軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。納米探針臺的外形尺寸、運(yùn)動軸、行程和速度等參數(shù)均可定制。

審核編輯 黃宇