20是在确定梳齿驱动器常量之后的示例性的进一步处理的流程图；
[0129] 图21示出了用于瞬时位移感测的示例性系统；
[0130] 图22示出了用于模拟以确定梳齿驱动器常量的模型；
[0131] 图23示出了在初始状态下图22中的模型的模拟的结果；
[0132] 图24示出了在中间状态下图22中的模型的模拟的结果；
[0133] 图25示出了用于刚度的静态偏转的模拟的结果；
[0134] 图26是根据各个方面的MEMS结构和力反馈系统的示意图；
[0135] 图27是示例性跨阻放大器（TIA)的电路图；
[0136] 图28是示例性微分器和示例性解调器的电路图；
[0137] 图29是示例性低通频率滤波器的电路图；
[0138] 图30是示例性微分器的电路图；
[0139] 图31是示例性滤波器的电路图；
[0140] 图32是示例性过零检测器的电路图；
[0141] 图33是示例性条件电路的电路图；
[0142] 图34示出了示例性跨阻放大器的输出电压Vwt和输入电压V in之间的模拟比较；
[0143] 图35示出了模拟解调信号；
[0144] 图36示出了模拟滤波信号；
[0145] 图37示出了来自示例性微分器的模拟输出信号；
[0146] 图38示出了来自示例性滤波器的模拟输出信号；
[0147] 图39和40示出了两个过零检测器的模拟输出信号；
[0148] 图41示出了来自条件电路的模拟反馈信号；
[0149] 图42示出了静电反馈力的影响的模拟的结果；
[0150] 图43示出了多晶硅的杨氏模量对公布年份的数据；
[0151] 图44示出了根据各个方面的所加工的MEMS装置的显微图的代表图；
[0152] 图45示出了对具有和不具有圆角的示例性梁的静态位移和谐振频率进行比较的 模拟网格和结果；
[0153] 图46示出了对具有和不具有圆角的示例性渐缩梁的静态位移和谐振频率进行比 较的模拟网格和结果；
[0154] 图47示出了示例性渐缩梁部件和各种其自由度；
[0155] 图48A和48B示出了 MEMS结构和刚度的测量；
[0156] 图49示出了确定刚度的示例性方法；
[0157] 图50示出了示例性梳齿驱动器的部分的配置；
[0158] 图51示出了初始状态下的图50中示出的配置的模拟的结果；
[0159] 图52示出了中间状态下的图50中示出的配置的模拟的结果；
[0160] 图53示出了用于确定刚度的静态偏转的模拟的结果；
[0161] 图54是示出数据处理系统的部件的高级图；
[0162] 图55示出了测量微电子机械系统中的可移动质量的位移的示例性方法；
[0163] 图56示出了测量原子力显微镜的属性的示例性方法；以及
[0164] 图57是根据各个方面的运动测量装置的轴测投影图。
[0165] 所附附图用于说明性的目的并且不一定成比例。
【具体实施方式】
[0166] 还对以下文献进行引用，每个的公开内容通过引用结合到本文中。
[0167] [A10] F. Li，J. V. Clark，"用于具有梳齿驱动器的MEMS的自校准：间隔的测量 (Self-Calibration for MEMS with Comb Drives !Measurement of Gap)，'Journal of Microelectromechanical Systems, accepted May,2012.
[0168] [B13]Clarii，J. V.，2012，"MEMS位移、力、刚度、质量和阻尼的后成型封装的测 量（Post-Packaged Measurement of MEMS Displacement， Force， Stiffness， Mass， and Damping) "，International Microelectronics and Packaging Society.
[0169] [B14]Li.F，Clarii，J. V.，2012，"用于具有梳齿驱动器的MEMS的自校准：间隔的测 量（Self-Calibration of MEMS with Comb Drives !Measurement of Gap)"， Journal of Microelectromechanical Systems,Dec.2012.
[0170] [D12] J. V. Clark，"MEMS位移、力、刚度、质量和阻尼的后成型封装的测量 (Post-Packaged Measurement of MEMS Displacement, Force, Stiffness, Mass, and Damping)"，International Microelectronics and Packaging Society, March(2012).
[0171] 在本文中使用用于各种量的符号（例如，Agap)。该公开内容通篇中，这些符号的 斜体和非斜体变体（例如，" Λ gap "和" Λ gap "）是等同的。
[0172] 各个方面涉及利用能自校准的微电子机械系统（MEMS)来校准原子力显微镜 (AFM)。在本文中公开了使用微电子机械系统（MEMS)的原子力显微镜（AFM)的校准的各种 布置。本文中的一些方法使用能自校准的MEMS技术来可追踪地测量AFM悬臂刚度和位移。 位移的校准包括测量每位移的改变的光传感器电压的改变，或光学级敏感度（OLS)，并且对 刚度连同位移的校准产生对力的精确测量。对AFM校准是有用的，因为超过二十年来对于 纳米技术者来说AFM -直是有用的工具，然而AFM的精确度有很大未知。用于校准AFM的 之前的工作，诸如热振动法、加权法和布局几何构型法，为10%的不确定。因此，这种AFM测 量产生约1个有效位数的精确度。本文中的各个方面有利地使用具有可追踪校准的力、刚 度和位移的MEMS装置作为传感器来校准AFM的位移读数和悬臂刚度。本文中描述的各种 方法和装置是实际的，易于使用的，并且适合于标准的绝缘体上硅（SOI)处理中的加工。在 本公开中，描述了一般MEMS设计的使用，并且提出了相关联的精确度、敏感度和不确定性 分析。
[0173] 由于AFM的特定能力，纳米技术的领域已经看到了非凡的增长。AFM被用于应用和 感测力或位移以更好的理解作为物质的关键构建材料尺度的纳米尺度下的现象。
[0174] AFM包括用于探测物质的悬臂探针。通过将光束从悬臂反射到检测该光束的位置 的光电二极管上来感测位移。通过将该偏转乘以悬臂刚度来找到力的测量。问题在于找到 校准AFM悬臂刚度的精确和实用的方式以及其位移已困难。以下描述用于校准AFM的若干 普通方法。
[0175] 在要求悬臂几何构型和材料属性的精确知识的AFM校准方法中，由于过程变化， 应当测量这种属性；然而，没有过用于这种测量的精确和实用的手段。
[0176] 在利用AFM悬臂的热诱导振动的校准方法中，要求悬臂温度和位移的精确测量； 然而，没有过用于这种测量的精确和实用的手段。
[0177] 混合方法依赖于几何构型和动力学。
[0178] 可追踪的方法使用由静电力平衡方法校准的一系列均匀悬臂作为用于AFM悬臂 刚度的校准参照。然而，该方法是不切实际的并且因此难以广泛使用。
[0179] AFM的光学级敏感度（OLS)是光电二极管电压的改变与位移的改变之比。该校准 在一些实施例中是通过将悬臂按压到不可变形的表面上来完成的。假设能够由压电定位级 来规定特定位移；然而，对该定位级的精确度和准确度进行校准是困难的且不切实际的。
[0180] 为了解决上面的不精确、不准确和不切实际的问题，通过使用根据本文中的各个 方面的能自校准的MEMS来校准AFM的刚度和位移。该能自校准在本文中被称作电微计 量（EMM)，并且有利地能够在电被测变量的方面提取精确且准确的机械属性。使用诸如 SOMUMP的标准铸造过程能够完成MEMS微装置的微加工。一旦能够精确地校准MEMS的力、 位移和刚度，通过测量AFM的刚度和偏转，微装置就能够被用于校准AFM。
[0181] 以下，在表格1中给出本文中使用的各种术语。
[0182] 表格1 :命名法
[0183]
【主权项】
1. 一种测量微电子机械系统（MHM巧中的可移动质量的位移的方法，所述方法包括： 将所述可移动质量移动至第一位置中，在所述第一位置中，所述可移动质量与第一位 移停止表面基本静态接触； 使用控制器，在所述移动质量处于所述第一位置的同时自动测量两个间隔开的感测电 容器的各自电容之间的第一差，其中，所述两个感测电容器中的每个包括附接至所述可移 动质量并且可与所述可移动质量一起移动的各自的第一板和基本固定在适当的位置的各 自的第二板； 将所述可移动质量移动至第二位置中，在所述第二位置中，所述可移动质量与第二位 移停止表面基本静态接触，所述第二位移停止表面与所述第一位移停止表面间隔开； 使用所述控制器，在所述可移动质量处于所述第二位置的同时自动测量所述各自电容 之间的第二差； 将所述可移动质量移动至参照位置，在所述参照位置中，所述可移动质量与所述第一 位移停止表面和所述第二位移停止表面基本间隔开，其中，所述第一位置和所述参照位置 之间的第一距离不同于所述第二位置和所述参照位置之间的第二距离； 使用所述控制器，在所述可移动质量处于所述参照位置的同时自动测量所述各自电容 之间的第二差； 使用所述控制器，使用所测量到的第一差、所测量到第二差、所测量到的第H差W及分 别与所述第一位置和第二位置对应的第一所选布局距离和第二所选布局距离来自动计算 驱动常量； 使用所述控制器，自动将驱动信号施加于执行器W将所述可移动质量移动至测试位置 中； 使用所述控制器，在所述可移动质量处于所述测试位置的同时自动测量所述各自电容 之间的第四差；W及 使用所述控制器，使用所计算出的驱动常量和所测量到的第四差来自动确定所述测试 位置中的所述可移动质量的位移。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 使用所述控制器，使用所计算出的驱动常量和所施加的驱动信号来计算力； 使用所述控制器，使用所计算出的驱动常量、所施加的驱动信号和所测量到的第四差 来计算刚度； 测量所述可移动质量的谐振频率；W及 使用所述控制器，使用所计算出的刚度和所测量到的谐振频率来确定用于所述可移动 质量的质量的值。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算驱动常量步骤包括使