在半導體芯片的制造流程中，探針可以對芯片進行性能檢驗；在新材料研發的實驗室中，探針與樣品表面的納米級接觸，解鎖材料的電學、光學特性；在生物研究室中，探針正在以極快且細微的運動對細胞進行穿透。這些精密操作的背后，都離不開一個核心設備——探針臺。

一、探針臺：微觀世界的測試站

探針臺作為現代微納測試和操縱的關鍵設備，被廣泛應用于半導體檢測、材料研究、生物醫學等領域。它如同微觀世界的手術臺，讓研究人員能夠對納米材料、細胞乃至單個分子進行精確的操作和測量。

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

探針臺的核心原理是通過精密的機械結構與控制技術，驅動探針或樣品進行多自由維度移動和角度調整，確保探針能精準落在樣品的測試點上，同時還要保持穩定的接觸力，避免壓壞樣品或接觸不良。

納米探針

注：圖片來源于網絡

▲探針臺的主要應用行業和場景：

1.半導體行業：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：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：表征材料表面的微觀形態，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、磁學、光學等性能，以及測試材料的穩定性和可靠性。

4.生物醫學：研究生物材料表面的生物相容性；生物分子、細胞和組織的高分辨率成像、分析以及生物傳感器的研發等等。

（注：圖片來源于網絡）

二、壓電納米技術為何逐漸成為探針臺的核心需求？

基于探針臺的應用場景看，不論是半導體行業的芯片檢驗還是生物研究領域的細胞實驗，這些高精密的領域本質上都依賴于探針臺的定位與控制技術的極限精準度。當操作精度要求達到納米級，甚至亞納米級，傳統的機械驅動方式早已難以滿足需求，可能存在的機械間隙會導致誤差，響應速度太慢則無法適配高頻測試，而穩定性不足又會影響數據重復性。

這時，壓電納米定位與控制技術就成為了破局的關鍵：以壓電效應為基礎，通過壓電材料的逆壓電效應，可以實現納米級甚至亞納米級的位移控制、角度調整與動態響應，完美契合探針臺對“高精度、高穩定性、快響應”的核心需求。

壓電納米技術的核心優點：

·納米級分辨率：需要達到納米及以下的運動精度

·超高穩定性：避免振動對精密操作的影響

·快速響應：毫秒級的響應速度以適應動態測試

·真空兼容：適應SEM等顯微設備的高真空環境

·多軸協同：可實現多維度、復雜的角度控制

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：高精度壓電技術的協同工藝

芯明天壓電納米探針臺由壓電納米定位臺、壓電馬達位移臺和壓電物鏡定位器及結構組件組成。壓電納米定位臺作為樣品承載平臺，能夠實現二維高精度偏擺調節；由4組壓電馬達位移臺分別操控的探針，能夠在XYZ三維空間內實現納米級精度的運動；壓電物鏡定位器通過精準操控物鏡在Z軸方向進行納米級別的聚焦調節，從而實現高分辨率的顯微觀察。

1.樣品臺

壓電納米定位臺可實現單軸甚至多軸精密運動的壓電平臺，其運動范圍可達毫米級，具有體積小、無摩擦、響應速度快等特點，配置高精度傳感器，可以實現納米級分辨率及定位精度；高剛性、零間隙的設計特點保證了系統在操作中的穩定性和重復性，是承載樣品的可靠平臺。

2.探針臺

壓電馬達位移臺是由壓電陶瓷作為驅動馬達，利用特殊機械結構設計，將壓電陶瓷產生的直線微位移轉換為機械平面的宏觀直線（或角度）運動，行程可達幾十毫米（或360°）。納米級的重復定位特性，使其能夠實現探針的高精準定位。針對探針對樣品作用力控制的需求，芯明天壓電馬達位移臺提供了納米級的運動控制和精準的力度輸出，為探針的運動提供精準的定位導航。

3.顯微聚焦

在對例如生物細胞這種微觀樣品進行操作時，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計的，采用無回差柔性鉸鏈并聯導向機構設計，物鏡補償量較小，具有超高聚焦穩定性，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，可以實現樣品與光學系統的納米級協同定位。

圖中所示的探針臺集成了芯明天多款壓電產品，其核心配置包括：S54二維偏擺臺，該平臺可根據實際需求靈活定制參數；N56系列直線馬達位移臺，其行程具備豐富的可選范圍，最大行程能達到50mm以上；壓電物鏡定位器，多行程可選，分辨率最高可達到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位移臺構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）和其它電鏡協同進行納米操作。中心的樣品臺可進行XYZ三軸運動，4組納米探針模組可進行XYZ三維直線及R軸旋轉運動。納米探針臺的外形尺寸、運動軸、行程和速度等參數均可定制。

審核編輯 黃宇