计量型扫描电子显微镜测控系统研究

为了解决扫描电子显微镜(SEM)在100 nm以下的微纳几何结构尺寸精确测量方面的不足,实现SEM测量值的量值传递与溯源,研制了一套计量型SEM测控系统。该系统主要由位移台运动控制模块、激光干涉位移测量模块和图像采集与处理模块组成,基于LabVIEW图形编程语言开发了测控系统上位机软件。对1μm×1μm二维栅格样品进行尺寸测量实验,结果表明,该计量型SEM测控系统运行稳定可靠,且在10μm测量范围内的测量值示值误差优于10 nm。     

上海市计量测试技术研究院2项科研项目获上海市科技进步奖

在2012年3月30日召开的2011年度上海市科学技术奖励大会上，上海市计量测试技术研究院2项科研项目获上海市科技进步奖。 由上海市计量测试技术研究院机械与制造所牵头完成的“微纳米尺度几何量测量和溯源方法研究”项目荣获上海市科技进步二等奖，该项目围绕微米纳米测试与计量领域的一系列关键技术，在相关测试方法、测量仪器研究、量值溯源方法、相关技术的应用开发等方面展开了较为深入的研究，科研成果显著，并取得了较好的社会经济效益。     

“纳米几何特征参量计量标准器研究及应用示范”项目获“国家质量基础的共性技术研究与应用”重点专项支持

正以纳米科技、新材料技术等为基础的纳米产业是全球新一轮科技革命和产业革命的核心,是各国抢占的战略制高点。纳米计量是纳米产业发展的基础,纳米几何特征参量计量标准器是纳米计量的基石,是量值传递的关键载体。目前,纳米几何特征参量计量标准器基本被国外垄断,虽然中国计量科学研究院已建立了纳米几何量国家计量标准装置,实现了直接溯源,并成功研制了400nm一维栅格和系列纳     

微纳力值计量标准的研究和溯源体系的建立

微牛、纳牛范围力值计量研究是目前国际计量领域的重要研究发展方向。总结了美国标准技术研究院、英国国家物理实验室、德国物理技术研究院、韩国标准和科学研究院等研究机构近年来研制的可溯源到SI的微纳力值标准装置、微纳力值传感器、参考悬臂梁以及微纳力值溯源方法。提出了微纳力值溯源体系的框架,为新材料、生物、微电子等各应用领域微纳力学特性计量量值溯源提供了技术保证。     

柱状电容位置误差对微纳力值测量影响分析

为确定微纳力值测量过程中,柱状电容装置位置控制与测量误差对输出结果的影响,采用有限元方法对微纳力值测量与量值溯源装置中采用的圆柱状电容装置位置变化时对输出微纳力值的影响进行分析。通过比较装置内外电极发生平动或转动时,装置输出微纳力值的变化规律,得到实际应用过程中由于对圆柱电容测量或位置控制误差所造成的输出结果偏差,同时确定各种位置误差对输出结果的影响规律。该结果为微纳力值测量和量值溯源装置的设计、安装、应用等提供了理论依据。     

计量

（measurement）实现量值准确可靠的测量。计量是有特定目的的测量，即为实现计量单位统一和量值准确可靠。与一般测量相比，它有更严格的如下要求：一般应采用法定计量单位；必须使用检定合格的计量器具；取得的量值（测量结果）可以溯源到计量基准；操作者一般应受过培训。在实际工作中，测量和计量并无严格区别，经常混用。有时，还将计量学简称计量。计量     

基于叉指电容阵列模块的宽量程微纳力源装置

微纳牛顿量级的标准力源是微纳力测量和量值溯源装置中的核心部件,如何在较低电压下获得稳定的宽量程标准微纳力源,是提高微纳力测量装置测量准确度、扩大测量范围需解决的重要技术问题.利用叉指电容结构,通过引入叉指电容阵列的方法,设计了一种能在较低电压下输出宽量程标准微纳力值的力源.经分析表明:该装置能在较低恒定电压下实现稳定的...     

支撑光学制造的几何量计量技术(英文)

几何量计量技术大量应用于光学制造业以检测零件质量和控制生产过程,是光学制造业的核心技术,涉及微纳米结构的几何量计量以及平面、球面、非球面、直纹曲面及自由曲面的面形计量.本文综述了德国联邦物理技术研究院支撑光学制造的部分计量技术.介绍了一种测量范围为25 mm×25 mm×5 mm的计量型大范围原子力显微镜(AFM),可灵活多样地测量各种微纳结构.介绍了一种新颖的AFM探针(ACP),可实现微纳结构侧壁形貌的直接、无损测量.介绍了一种应用Flared AFM探针的真三维AFM及其用于减少针尖磨损的矢量探测技术,可应用于各种纳米结构的真三维测量.介绍了可用于平面和中等曲面面形绝对测量的两种方法:差分型激光束偏转法和可溯源多路传感器法(TMS).讨论了面形测量中存在的挑战性难题.介绍了可用于面形测量的高精度三坐标测量机.     

10kV/1000A高压电能计量标准及其量值溯源的研究

为了保证高压电能测量量值的准确可靠,提出了建立10kV高压电能计量标准及其量传系统的新方法,以实现高压电能计量器具的室内计量检定,进而实现电网高压电能计量器具的量值溯源。基于I/V和V/V技术,研制了高压电能计量标准,并对研究成果进行了不确定度分析及溯源验证,其三相电能的测量准确度达到0.02%;以高压电能计量校准装置作为被检对象,其三相电能的测量准确度在功率因数PF为0.5时达到0.12%。     

采用计量型扫描力显微镜校准微纳米标准样板

为了建立质量保证体系,微米和纳米样板至今仍被广泛地应用于校准微纳米尺度的测量仪器中．介绍了应用由德国联邦物理研究所开发研究的、测量范围为25 mm×25 mm×5 mm的计量型扫描力显微镜(M-LRSFM)的校准方法．上述计量型扫描力显微镜配置有三个零拍的激光干涉仪,可分别测量沿x、y、z三条轴线方向的位移,因而其测量值可直接溯源于“米”定义．此种M-LRSFM能够校准横向的微纳尺度的结构尺寸,诸如阶梯高度、一维和二维光栅、镀层厚度、线宽、微纳尺度的表面粗糙度等．作为实例,介绍了一种横向样板的校准程序及获得的校准结果．研究表明这种方法适合于校验扫描电子显微镜(SEM)的放大倍率．     

计量型紫外显微镜微纳米线宽测量技术的研究

计量型紫外显微镜微纳米线宽测量技术是利用光电倍增管的光电转换效应,将线宽的光学信号转换为电信号,并利用后续信号采样处理电路,提取出线宽的轮廓信号。利用激光干涉仪等精密定位装置,搭建了一套线宽测量系统,对线宽标称值为3 μm的标准样板进行测量,得到的线宽测量值为3.025 μm,与标称值仅相差25 nm。实验表明:该方法可以准确地获取线宽的边界信号,实现线宽的准确测量。     

一种基于法布里-珀罗干涉仪的位移测量方法

介绍了一种基于法布里-珀罗干涉仪的位移测量方法,为了克服通常的法布里-珀罗干涉仪在位移测量范围方面的局限,采用两束可调激光分别对法布里-珀罗腔的两个相邻谐振峰的光频率进行追踪测量,能够得到任意时刻法布里-珀罗腔的长度,从而实现对测量镜位移的测量,测量范围可以达到毫米量级。对影响测量精度的主要因素进行了简要分析,结果表明采用本方法能够实现纳米级精度位移测量。     

芯片表面形貌检测方法及系统研制

传统检测方法由于测量范围小、测量时间长,不能满足在线、在机和大幅面的检测需求,本文提出了一种白光扫描干涉和原子力显微测量相结合的芯片表面形貌测量方法。在分析了白光扫描干涉测量技术和原子力显微测量技术特点的基础上,构建了两种方法互补的测量方案：首先采用白光扫描干涉测量技术对芯片进行大范围快速扫描,再通过原子力显微测量技术对关键区域进行精细扫描检测。基于此进行了测量系统的硬件设计与集成,测试结果表明,该系统能够在毫米级检测范围内实现纳米级表面形貌的精确测量。     

温度条件对大尺寸测量装置精度影响的研究

大尺寸测量装置由于测量范围大,其测量精度受诸多因素影响,其中大尺寸测量装置所处环境条件变化会影响其测量精度。基于中国计量科学研究院地下一层实验室80m长度标准装置,在空调控温状态和自然温度状态(不控温)下,进行了长度测量范围为10,30,70m的测量精度实验研究,得到空调控温状态下折射率补偿误差分别为7.0,10.5,21.0μm;自然温度状态下折射率补偿误差分别为2.5,2.9,3.9μm。实验结果表明:大尺寸测量装置在自然温度状态下能得到更高的测量精度,当测量范围大于30m时,测量精度可优于10^-7量级。     

用于微位移测量的迈克尔逊激光干涉仪综述

迈克尔逊干涉术测量微位移可实现纳米甚至更高的分辨力,并且具备能直接溯源至激光波长等诸多优点,是目前微位移测量的重要技术手段.以限制迈克尔逊干涉仪品质提高的非线性误差为主要切入点,对目前各种基于迈克尔逊干涉原理的激光干涉技术进行了分类介绍,主要讨论了微位移测量中实现高精度和高分辨率的干涉测量技术,最后展望了激光干涉法测量...     

超低频振动国家计量基准装置的研究与建立

根据超低频振动标准装置的研究现状和应用需求,研究和建立了国家振动幅值和相位基准装置,其频率为0.002 Hz~160Hz、振幅为峰峰1 m、承载30 kg、加速度波形失真度＜1%。介绍了装置的结构组成,描述了大行程水平振动台的设计方案、反馈控制技术、管线拖曳系统和激光测振系统,给出了装置的主要技术指标和比对实验数据。解决了我国超低频振动计量的溯源问题     

激光干涉仪在纳米测量中的典型应用

激光干涉仪具有测量分辨力高、测量结果可溯源等优点,在纳米测量中的应用日益广泛。介绍纳米测量机和低膨胀材料线膨胀系数测量装置中应用的迈克尔逊型激光干涉仪以及在高准确度位移测量装置中应用的法布里-珀罗型激光干涉仪,并结合这些实例对激光干涉仪光学系统设计、测量环境控制、迈克尔逊干涉仪非线性误差补偿以及法布里-珀罗干涉仪量程扩展等方面的关键问题进行分析和总结。所述原则和方法对实现纳米级测量准确度具有重要意义,可为高准确度激光干涉仪的研制及其在纳米测量中的更广泛应用提供技术参考。     

采用标准长度的激光多边法坐标测量系统自标定算法

基于多路激光跟踪干涉仪测长的坐标测量系统在大尺寸测量领域具有显著的优越性,准确标定系统参数是实现高精度坐标测量的关键。为了克服传统自标定方法的缺点,提出了一种采用标准长度的改进自标定算法。该算法首先在稳定的基座上设置固定点,在X、Y、Z方向分别产生用激光干涉法精确测得的标准长度,然后将标准长度用于构造自标定的优化函数。通过提高相应优化函数的权重,进一步提高坐标测量精度。通过仿真实验证明了该算法的可行性。采用独立的激光干涉仪验证系统在大尺寸范围内的测量精度,当测量点分布在距系统坐标系原点［7.0 m,8.3 m］区间内,两组实验误差均分布在［-9.5 μm,4.6 μm］区间内,结果表明所提出自标定算法可显著提高大尺寸空间坐标测量精度。     

应变传感器计量特性的校准方法

为了合理评价应变传感器（应变计）的计量特性,讨论了应变计的相关国家标准和技术规范中计量特性的不同之处,并以振弦式应变计为例,归纳出应变计的计量特性参数。对应变计校准现状进行分析,设计了一种基于激光干涉法的高精度校准装置,标距范围可以达到500mm,并提出了系列计量特性的高精度计算方法。通过试验对应变计的计量特性进行测试,并评估了综合误差的校准不确定度U=0.10%（包含因子k=2）。