纳米级位移测量技术综述

　　随着精密、超精密及微细加工技术的迅猛发展，零件尺寸的下界越来越小，加工精度要求越来越高。超精密加工和微细加工之间有许多相似之处，如它们都需要达到极微细的位移精度。而测量是对加工的支持，无论多么精密的加工，都必须用更为精密的测量技术作保障。因此在超精密加工中，作为超精加工的重要基础，位移量的精密侧量、超精密测量将成为整个加工体系中一项至为关键的技术。

　　目前，超精加工和超微加工在国际上已进人了纳米技术的新时代，对微小位移量及微小物体几何形状测量的要求已不再局限于微米、亚微米量级，而是达到了纳米、亚纳米量级。传统的机械法、光学法、电学法、气动法等，一般设计时只考虑微米级测量的需要，不加改进，已很难适应纳米级测量的需要。另一方面，现代精密加工要求位移测量技术能在比较宽的量程上有极高的分辨率和很高的精度，迅速研究开发全新的纳米级位移测量技术已成为众多尖端科技的迫切要求。

　　纳米级位移测量技术至今尚没有明确的定义。经过研究，我们认为测量精度在0.1一loolun(Inln=10一gm)之间的位移测量技术统称为纳米级位移测量技术。

　　在20世纪内，由于超精加工的迫切需求，人们已花了很大的力气在这方面做了大量的工作。

　　另外也由于在测量中，位移测量技术的每一进展，都将推动其它测量技术的提高。故人们将研究的重点首先放在了这一分支。在纳米尺度内，位移测量技术与其传统的技术相比，其性质将会发生根本而彻底的变化。纳米级位移侧量技术的研究与进展，将确保超精加工的精度极限得以实现。

　　1纳米级位移测量技术

　　纵观当今国内外的研究状况和最新成果，纳米级位移测量技术可以分为三大类，一是显微镜技术，二是光学测量技术，三是电学测量技术。其中，光学测量技术的发展最为引人注目。因为，实现纳米测量首先必须建立纳米精度尺度测量基准，常用的高精度标准尺度主要是光学尺度。

　　1.1显微镜技术

　　1.1.1扫描隧道显微镜(STM)

　　1981年，国际商用机器公司(IBM)苏黎世实验室的B江而g和R01此r发明了扫描隧道显微镜(Sc田IllulgTtmnelingMicoscope，STM)，并首次得到了硅晶体表面清晰的原子图像，这一发明于1986年获诺贝尔物理学奖。

　　扫描隧道显微镜(STM)的原理是应用量子理论中的隧道效应[lj。即对于总能量E低于势垒U0的粒子，按照经典的概念，它们只能在x<0的范围内运动，不可能进人x>O的区域。对于如图1所示的势垒，势能u=U0的区域有一定的宽度。