原子力显微镜放大倍率校准的探讨

　　本文通过各种标准物质样品在原子力显微镜上的实验性测试，对涉及原子力显微镜放大倍率校准的相关的标准物质、图像非线性、图像畸变、针尖效应的问题进行了探讨，并认为原子力显微镜在针尖效应还没有解决前，进行带有一定置信水平的不确定度的放大倍率校准还尚难实施。

　　1.前言

　　自从Binnig等人于1982年研制成功世界上第一台扫描隧道显微镜，并因此获得诺贝尔物理奖后，Bi俪g等人又于1986年研制成功了世界上第一台原子力显微镜。自那时起到现今，原子力显微镜(灯M)的发展已近二十年。许多世界上优秀的仪器制造商均生产着高质量的AFM仪器，并不断改善这些产品的质量和增加各种新的功能。这些仪器在各个科研和应用领域发挥着越来越大的作用。

　　上个世纪90年代以来，随着我国面向世界，改革开放的步伐加快和加入世界贸易组织，1509000系列等质量保证体系在我国各个企事业单位不断推广，越来越多的生产单位、科研单位要求它的产品质量、检测数据具有计量量值的溯源性和带有置信水平的不确定度。对于科学仪器的定期检测逐渐被带有不确定度的定期校验所替代。这样，原子力显微镜(AFM)放大倍率的校准要求也像传统的显微镜一样被提出来了。为此我们对原子力显微镜(AFM)的放大倍率校准问题进行了一些实验性研究。

　　2.放大倍率的校准在显微镜测试中的重要性

　　放大倍率在传统的光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜的测试数据中是唯一具有计量量值性质的参数值，也是使得显微镜的图像数据有科学性和可比性的重要参数。可以想像一幅未知病毒的图像，如果没有标注图像的放大倍率，我们将很难参照它去制订针对该病毒的有效措施。所以显微镜放大倍率的定期校验己成为各个现代企事业单位越来越常规的工作。但是，显微镜放大倍率的有效性是建立在整幅图像每个像素的二维几何尺寸的大小形状均匀一致、每个像素在图像平面的直角坐标系中的位置是固定而有序的基础上。因此，每一类显微镜的检定规程文件中都对图像的质量作了要求并规定了检定方法。如《扫描电子显微镜计量检定规程》规定了图像失真度的检定;《分析型扫描电子显微镜检定规程》规定了显像管中心与四角边缘处倍率误差的测定;《透射电子显微镜检定规程》规定了图像畸变量、样品污染和漂移速率的检定等。只有当显微镜的像质符合了这些检定规程中的要求，显微镜放大倍率的校准才对显微镜输出的图像数据是有效的，校准给出的不确定度才有实际意义。

　　3.原子力显微镜放大倍率的校准问题