
纳米位移台长时间定点保持产生位置蠕变
纳米位移台完成定位后,在长时间定点保持工况下,台面会缓慢发生微小位移,也就是位置蠕变。即便控制器不再输出驱动信号,台面坐标仍会随时间持续偏移,导致长时间观测或者曝光加工过程中样品位置偏离目标区域,造成成像模糊、图形对位偏差,在需要长时间定点作业的微纳工艺中,该现象会直接影响结果的可靠性。
位置蠕变主要来源于压电陶瓷材料本身的迟滞特性。压电陶瓷在施加电压产生形变后,撤去电压或者电压固定不变时,晶体内部的极化状态不会瞬间稳定,会随时间发生缓慢的形变松弛,台面随之产生缓慢位移。保持时间越长,蠕变累积量越大,在需要数分钟乃至数十分钟定点保持的场景,位置偏移会达到不可忽略的程度。负载大小也会影响蠕变幅度,负载重量越大,压电陶瓷承受的机械应力越高,形变松弛效应会更加明显。
温度变化会进一步加剧蠕变效应。压电陶瓷的形变特性对温度十分敏感,环境温度小幅波动,会带来附加的热形变,叠加材料本身的蠕变,放大位置漂移。另外,位移台内部传动连接件、柔性铰链存在微小应力释放,在持续受力状态下,应力缓慢释放,也会带来缓慢的位置变化。不同品牌型号纳米位移台选用的压电陶瓷材料、柔性铰链加工工艺、闭环传感器响应参数各不相同,蠕变的速率和偏移量存在较大区别。
针对位置蠕变,可以采用预驱动的方式,在目标位置提前施加电压静置一段时间,等待形变趋于稳定后再开展实验;选用内置闭环反馈的位移台,依靠位置传感器实时监测并补偿位置偏移;控制环境温度,减少温度波动带来的附加形变。合理规划实验流程,缩短定点保持时长,也可以降低蠕变带来的定位误差,满足长时间精密定位的使用需求。