納米測(cè)量技術(shù)是利用改制的掃描隧道顯微鏡進(jìn)行微形貌測(cè)量,這個(gè)技術(shù)已成功的應(yīng)用于石墨表面和生物樣本的納米級(jí)測(cè)量。
縱觀納米測(cè)量技術(shù)發(fā)展的歷程,它的研究主要向兩個(gè)方向發(fā)展:
一是在傳統(tǒng)的測(cè)量方法基礎(chǔ)上,應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)試儀器解決應(yīng)用物理和微細(xì)加工中的納米測(cè)量問題,分析各種測(cè)試技術(shù),提出改進(jìn)的措施或新的測(cè)試方法;
二是發(fā)展建立在新概念基礎(chǔ)上的測(cè)量技術(shù),利用微觀物理、量子物理中最新的研究成果,將其應(yīng)用于測(cè)量系統(tǒng)中,它將成為未來納米測(cè)量的發(fā)展趨向。
但納米測(cè)量中也存在一些問題限制了它的發(fā)展。建立相應(yīng)的納米測(cè)量環(huán)境一直是實(shí)現(xiàn)納米測(cè)量亟待解決的問題之一,而且在不同的測(cè)量方法中需要的納米測(cè)量環(huán)境也是不同的。同時(shí),對(duì)納米材料和納米器件的研究和發(fā)展來說,表征和檢測(cè)起著至關(guān)重要的作用。由于人們對(duì)納米材料和器件的許多基本特征、結(jié)構(gòu)和相互作用了解得還不很充分,使其在設(shè)計(jì)和制造中存在許多的盲目性,現(xiàn)有的測(cè)量表征技術(shù)就存在著許多問題。此外,由于納米材料和器件的特征長(zhǎng)度很小,測(cè)量時(shí)產(chǎn)生很大擾動(dòng),以至產(chǎn)生的信息并不能完全代表其本身特性。這些都是限制納米測(cè)量技術(shù)通用化和應(yīng)用化的瓶頸,因此,納米尺度下的測(cè)量無論是在理論上,還是在技術(shù)和設(shè)備上都需要深入研究和發(fā)展。
國內(nèi)的江西省科學(xué)院、清華大學(xué)、南昌大學(xué)等采用掃描探針顯微鏡系列,如掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡等,對(duì)高精度納米和亞納米量級(jí)的光學(xué)超光滑表面的粗糙度和微輪廓進(jìn)行測(cè)量研究。天津大學(xué)劉安偉等在量子隧道效應(yīng)的基礎(chǔ)上,建立了適用于平坦表面的掃描隧道顯微鏡微輪廓測(cè)量的數(shù)學(xué)模型,仿真結(jié)果較好地反映了掃描隧道顯微鏡對(duì)樣品表面輪廓的測(cè)量過程。清華大學(xué)李達(dá)成等研制成功在線測(cè)量超光滑表面粗糙度的激光外差干涉儀,該儀器以穩(wěn)頻半導(dǎo)體激光器作為光源,共光路設(shè)計(jì)提高了抗外界環(huán)境干擾的能力,其縱向和橫向分辨率分別為0.39nm和0.73μm。李巖等提出了一種基于頻率分裂激光器光強(qiáng)差法的納米測(cè)量原理。中國計(jì)量學(xué)院朱若谷、浙江大學(xué)陳本永等提出了一種通過測(cè)量雙法布里一珀羅干涉儀透射光強(qiáng)基波幅值差或基波等幅值過零時(shí)間間隔的方法進(jìn)行納米測(cè)量的理論基礎(chǔ),給出了檢測(cè)掃描探針振幅變化的新方法。中國科學(xué)院北京電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室成功研制了一臺(tái)使用光學(xué)偏轉(zhuǎn)法檢測(cè)的原子力顯微鏡,通過對(duì)云母、光柵、光盤等樣品的觀測(cè)證明該儀器達(dá)到原子分辨率,最大掃描范圍可達(dá)7μm×7μm。浙江大學(xué)卓永模等研制成功雙焦干涉球面微觀輪廓儀,解決了對(duì)球形表面微觀輪廓進(jìn)行亞納米級(jí)的非接觸精密測(cè)量問題,該系統(tǒng)具有0.1nm的縱向分辨率及小于2μm的橫向分辨率。中國計(jì)量科學(xué)研究院研制了用于研究多種微位移測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)的高精度微位移差拍激光干涉儀。中國計(jì)量科學(xué)研究院、清華大學(xué)等研制了用于大范圍納米測(cè)量的差拍法―珀干涉儀,其分辨率為0.3nm,測(cè)量范圍±1.1μm,總不確定度優(yōu)于3.5nm。中國計(jì)量學(xué)院朱若谷提出了一種能補(bǔ)償環(huán)境影響、插入光纖傳光介質(zhì)的補(bǔ)償式光纖雙法布里―珀羅微位移測(cè)量系統(tǒng),適合于納米級(jí)微位移測(cè)量,可用于檢定其它高精度位移傳感器、幾何量計(jì)量等。
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