纳米伺服技术在量子器件制备中的创新应用
2015-01-30
 
为了满足量子功能器件和材料制备对精度和纯度等方面日益苛刻的要求,我们最近提出了一种基于纳米操控技术的直写式真空蒸发装置。该装置创新性的使用了我们针对超精密轨迹跟踪问题做出的一套跟踪伺服控制理论。
 
 
 
  
微纳操控技术在理论和应用方面得到了深入的研究并成功用于许多新兴工业领域。其代表性应用包括磁盘存储系统,精密半导体装备,和原子力显微镜等精密成像仪器。随着人们对微观世界的探索,对纳米尺度的观测和操控提出了越来越苛刻的要求。纳米定位等伺服技术取得了较为成熟的进展。我们注意到,具有纳米精度的轨迹跟踪技术,与纳米定位同样具有重要的应用价值,并具有更强的理论挑战性。
 
我们在近期的研究中,提出了一种并联型内模控制的新结构,使得针对复杂轨迹的跟踪问题可以得到很好的解决。同时,这种新型内模控制结构有助于实现低阶的镇定器设计,更便于实际数字伺服系统的直接应用。
 
这种高精度跟踪伺服技术,为很多精密仪器装备的进一步创新提供了可能。特别的,我们以此项技术为基础,将纳米伺服技术引入到用于量子功能器件制备的真空蒸发系统中,开始着手研制具有直写方式的高精度/高纯度真空蒸发装置。
 
事实上,真空蒸发系统是量子功能器件与材料制备的核心装置,对量子调控等重要基础研究意义重大。由于该装置普遍缺乏对样片的精细操控功能,使得很多科研需要的纳米尺度下的复杂图样(包括异质节结构)无法直接制备。而目前使用蒸发沉积和光刻结合的方法又无法有效保证器件制备的纯度。我们提出的直写式真空蒸发装置,将纳米伺服技术引入到样片的金属化沉积过程中。通过在各个自由度上的轨迹跟踪操控,实现高度定向的金属化蒸发沉积,进而实现了对复杂图样和异质节结构的制备,并在精密度和纯度方面有效满足了量子器件制备的科研要求。该仪器的研制得到了国家自然基金仪器专项支持。