Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Метрологическое обеспечение нанометрологии



В последнее десятилетие активно развивается новое направление в метрологии - нанометрология. Сегодня уже недостаточно качественной, визуальной информации о процессах и исследованиях в нанометровом диапазоне величин. Необходима их количественная оценка, позволяющая обеспечить получение с требуемой точностью информации о результатах измерения и контроля заданных параметров нанообъектов. Суперпрецизионные измерения - неотъемлемая процедура современной нанотехнологии и наноиндустрии. Произвести качественную продукцию нанотехнологии можно только с той точностью, с какой ее можно измерить.

Научной основой метрологического обеспечения нанотехнологий является фундаментальная и прикладная метрология, занимающаяся проблемами разработки принципиально новых прецизионных методов измерений, методов и средств обеспечения их единства.

Технической основой метрологического обеспечения нанотехнологий должны стать системы:

· национальных специальных эталонов единиц величин, обеспечивающих воспроизведение величин нанометрового диапазона с наивысшей в стране точностью, а также стандартные образцы состава и свойств нанообъектов;

· передачи размеров величин нанометрового диапазона иерархическим образом сверху вниз - от национальных эталонов всем средствам измерений, допущенных к применению на территории страны;

· разработки, постановки на производство и выпуска в обращение рабочих средств измерений нановеличин;

· испытаний типа и сертификации средств измерений (СИ) нановеличин, предназначенных для серийного производства и ввоза из-за рубежа, надзор за состоянием и применением находящихся в эксплуатации СИ;

· поверки и калибровки СИ нановеличин, обеспечивающая высокий уровень их метрологических характеристик при изготовлении, эксплуатации и ремонте.

Номенклатура показателей, используемых в метрологическом обеспечении нанотехнологий, включает в первую очередь понятия точности, воспроизводимости и разрешающей способности. К важнейшим понятиям точности нановеличин следует отнести основную погрешность СИ и параметры неопределенности результата измерений. Система метрологического обеспечения изучения и производства нанообъектов и наносистем пока не создана.

Из самого определения нанотехнологии, оперирующей с объектами нанометровой протяженности, естественным образом следует первоочередная задача измерений геометрических параметров объекта. В свою очередь это обусловливает необходимость обеспечения единства измерений линейных размеров в нанометровом диапазоне. Метрология линейных измерений в неявном виде присутствует в подавляющем большинстве методов и средств обеспечения единства измерений физико-химических параметров и свойств объектов нанотехнологии, таких как механические, оптические, электрические, магнитные, акустические и др. Для измерения почти всех перечисленных свойств необходимо осуществлять прецизионное пространственное позиционирование зонда измерительного или технологического устройства. При этом диапазон линейного сканирования по каждой координате может достигать сотен и более микрометров при точности выставления координаты в десятые доли нанометра во всем диапазоне.

Ведущие страны мира, включившиеся в нанотехнологическую гонку, считают первостепенной задачей опережающего развития нанометрологии реализацию шкалы линейных измерений в нанометровом диапазоне. Особенность специального эталона длины нанометрового диапазона состоит в его привязке одновременно к двум национальным эталонам:

· воспроизводящему шкалу размеров измеряемой нановеличины;

· первичному эталону единицы длины (метра).

В России в результате длительных исследований концептуально с мировым приоритетом решена задача создания основ метрологического обеспечения измерений длины в диапазоне 1-1000 нм. При этом созданы:

· методология линейных наноизмерений, основанная на принципах зондовой микроскопии и лазерной интерферометрии-фазометрии;

· эталонный комплекс средств измерений, обеспечивающий воспроизведение и передачу размера единицы длины вещественным мерам длины;

· новое поколение мер малой длины (тест-объектов) для калибровки СИ, в том числе меры нанорельефа поверхности;

· методология и алгоритмы измерения параметров профиля элементов микро- и наноструктур и пакет компьютерных программ для автоматизации таких измерений.

Эталонная система средств измерений создана на базе атомно-силового микроскопа оригинальной конструкции и трех лазерных интерферометрических измерителей наноперемещений. Пределы области перемещений по осям X и Y составляют 1…3000 нм, точность измерения 0, 5 нм. Пределы перемещений по оси Z - 1…1000 нм, точность измерения 0, 5 - 3, 0 нм.

В конструкцию лазерных интерферометрических измерителей наноперемещений заложена комбинация методов интерферометрии и фазометрии. Пределы измерения перемещений 1 нм…10 мм, дискретность отсчета 0, 1 нм. Абсолютная погрешность измерения составляет 0, 5 - 3, 0 нм при максимальной скорости перемещения 3 мм/с.

Меры малой длины, с помощью которых проводится калибровка растровых электронных и сканирующих зондовых микроскопов, выполнены в виде рельефных шаговых структур с заданной шириной, высотой (глубиной) и формой профиля (рис.1).

Мера включает несколько групп шаговых структур; в каждой группе по 3 структуры. Каждая структура состоит из канавок с трапециевидным профилем в кремнии. Боковые стенки канавки соответствуют кристаллографическим плоскостям кремния {111}, а дно канавки и верх выступа - плоскостям {100}. Рельеф структуры сформирован путем анизотропного травления пластины монокристаллического кремния. Аттестуются следующие параметры тест-объекта: размеры верхнего b и нижнего c оснований выступов и канавок, шаг структуры P = 2a + b + c, высота (глубина) рельефа h.

Рис.1. Элементы профилей тест-объекта для поверки сканирующих зондовых микроскопов

Разработанная линейная мера имеет в качестве аттестуемого элемента ширину линии (аттестация ширины линии проводится впервые в мире). С помощью этой меры возможно осуществление наряду с калибровкой увеличения (цена деления

линейной шкалы) также измерение диаметра зонда, радиуса острия зонда (иглы кантилевера), линейности шкалы, неортогональности перемещения сканеров. Мера позволяет создавать на основе растровых электронных микроскопов (РЭМ) автоматизированные измерительные комплексы.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-04-12; Просмотров: 593; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.008 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь