Информационная система поддержки принятия решений при проектировании пьезосканеров

• Автор: Павлов, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.12, 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 188 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОРНОАНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ САПР ПЬЕЗОСКАНЕРОВ.

1.1. Пьезосканеры в приборостроении.

1.2. Основные понятия и представления о проектировании пьезоскаиеров.

1.3. Обобщенный критерий оценки качества пьезосканеров.

1.4. Математическое моделирование в автоматизированных системах проектирования

1.5. Способы построение баз экспертных данных

Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ СОЗДАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЬЕЗОСКАНЕРОВ
2.1. Структура информационной технологии проектирования пьезосканеров на этапах предварительной разработки
2.2. Модель многокритериальной задачи принятия решений.
2.3. Сравнение вариантов на основе порядковой шкалы оценок и на основе интегральной шкалы полезности оценки по показателям.
2.4. Основы методики выбора предпочтительного варианта пьезосканера по совокупности показателей
2.5. Математическая модель пьезосканера на основе пьезоэлектрического элемента
2.6. Крипэффект и методика борьбы с ним.
Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ Г ПАРАМЕТРАМ ПЬЕЗОСКАНЕРОВ.
3.1. Многоатрибутивный выбор и принятие решения
3.2. Оптимизация по параметрам пьезосканеров.
3.3. Основные методы, с помощью которых происходит выбор наилучших пьезосканеров по параметрам.
3.4. Оценка надежности систем из многофункциональных модулей.
Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЬЕЗОСКАНЕРОВ НА ЭВМ
4.1. Выбор основных параметров пьезосканера
4.2. Многоатрибутивный выбор пьезосканера
4.3. Расчет пьезосканера для нанотехнологии
4.4. Выбор оптимального профиля пьезосканера.
Выводы по главе 4.
ГЛАВА 5. СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ ПОИСКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПЬЕЗОСКАНЕРОВ.
5.1. Алгоритмы поиска технических решений пьезосканеров
5.2. Разнообразие пьезоэлементов
5.3. Морфологическая таблица пьезокерамических материалов
5.4. Разработка технических решений пьезосканеров
Выводы по главе 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Если сканер не переполяризоваи при регулярном использовании, то значительная часть диполей будет находиться в случайном состоянии (неполяризованном) в течении периода работы. С. Это означает, что если вы хотите добавить подогревательную стадию к вашему сканирующему зондовому микроскопу, вы должны термически изолировать ее от сканера [2]. Сканеры сканирующего зондового микроскопа, типа СОЛВЕР, имеют конструкцию, которая схематически представлена нарис. Верхний конец большой трубки через фланец жестко закреплен на головке микроскопа (см. К нижнему, свободному концу через фланец крепится нижний конец трубки меньшего диаметра, которая вставляется внутрь большой трубки. К противоположному, свободному концу внутренней трубки крепится через фланец держатель зонда [2]. Внутренняя трубка является приводом по осям X и У. Рис. Схематическое изображение сканера: а - внешний вид сканера, б - внутренняя трубка. Рис. Конструкция пъезосканера (вид в разрезе). На внутреннюю и внешнюю поверхности трубки нанесены четыре управляющих электрода, в виде четырех вертикальных четвертей: +Х, +У, -X и -У (см. Соответственно приложение управляющего напряжения к двум парам X электродов отклоняет свободный конец сканера в X направлении, а приложение напряжения к двум парам электродов отклоняет сканер в У направлении. Трубка большого диаметра является приводом по Z - координате. Ее внешняя и внутренняя поверхности покрыты управляющими электродами. Однако, в отличии от X, У трубки внутренний и внешний электроды Ъ -трубки являются сплошными. При приложении управляющего напряжения к электродам, в зависимости от полярности, 2 - трубка будет удлиняться или укорачиваться (но оси 7) [2]. При работе микроскопа напряжение, прикладываемое к Ъ -приводу (Ъ -электроду) сканера в каждой сканируемой точке поверхности, представляет собой измеряемую величину высоты рельефа поверхности в данной точке и используется для формирования массива данных изображения топографии. В некоторых случаях, используются внешние датчики непосредственно для измерения высоты сканера. В вертикальном направлении, сканеры сканирующих зондовых микроскопов могут различать измерения высоты от суб-ангстремного диапазона до микрон [2]. Максимальны размер скана в плоскости ХУ для конкретного пьезоэлектрического сканера зависит от длины трубок сканера, диаметра трубок, толщины стенок трубок, и пьезомодулей конкретной пьезоэлектрической керамики, из которой они сделаны. Обычно, сканирующие зондовые микроскопы использую сканеры, которые имеют поперечный скан от десяти ангстрем до 0 микрон. В работе сканеров наблюдаются дефекты такие как: гистерезис, старение, крип, различные отклонения, искажение изображения. Пьезоэлектрический эффект был открыт в году Джексом и Пьером Кюри. Они заметили, что в некоторых кристаллах при механическом воздействии на них появляется электрическая поляризация, причем степень ее пропорциональна величине воздействия. Позже Кюри открыл инверсионный пьезоэлектрический эффект — деформирование материалов, помещенных в электрическое поле. Эти явления еще называют прямым и обратным пьезоэлектрическим эффектом [3]. Пьезоэлектрический эффект присущ некоторым природным кристаллам, таким как кварц и турмалин, которые в течение многих лет использовались-в качестве электромеханических преобразователей. Кристаллическая решетка кристаллов, обладающих пьезоэлектрическим эффектом, не имеет центра симметрии. Воздействие (сжимающее или растягивающее), приложенное к такому кристаллу, приводит к поляризации после разделения положительных и отрицательных зарядов, имеющихся в каждой отдельной элементарной частице. Эффект практически линейный, то есть степень поляризации прямо пропорциональна величине прилагаемого усилия, но направление поляризации зависимо, так как усилие сжатия или растяжения генерируют электрические поля, а следовательно, и напряжение, противоположной полярности. Соответственно, при помещении кристалла в электрическое поле упругая деформация вызовет увеличение или уменьшение его длины в соответствии с величиной и направлением полярности поля.