几何量纳米计量方法及仪器

    引言

    纳米技术兴起于二十世纪八十年代，面向基础研究和工业应用，随着它的逐步发展和完善，人类将必然在认识和改造自然方面进入一个前所未有的新阶段。目前，根据国际纳米科学与技术常设委员会的建议，纳米科学与技术这一学科可大致划分为六部分:纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米电子学、纳米机械学和纳米测量学。

    1纳米计量的必要性

    计量技术与工业生产技术相互促进、相互提高。工业生产为计量技术提供新的课题和研究方向，与此同时，计量技术的发展改变工业生产方式、提高工业生产效率。纳米计量正是顺应电子工业集成电路制造、机械行业超精加工的要求而发展起来的。

    以电子工业为例，自1975年起，大规模集成电路集成度基本符合摩尔(Moore)定律，同样面积芯片基体上的电子元件数目每隔18个月增加一倍。英特尔已经在实验室内使用超紫外(Extreme  Ul-tra-Violet)光刻技术成功实现了130纳米电路的制造工艺。

    同时，机械工业中的超精加工中心加工能力也已达纳米量级。美国Lawrence-Livermore国家实验室的大型光学金刚石车床(LODTM }，可以对最大直径1. 6m，最大长度0. 5m的工件进行精密车削加工，加工精度可达27. Snm}RMS}，工件的表面粗糙度可达3nm。日本采用刚度很大的磨床在石英单晶表面得到了粗糙度为2nm的超光滑表面。

    随着纳米尺度产品的设计、开发与生产，为了保证加工对象的精度和成品率，人们将纳米量级的计量技术提上了议事日程，针对它的开发与应用是当前纳米技术应用中一个p}}Z待解决的问题。

    2纳米计量技术及仪器

    纳米计量并不是传统计量技术的简单拓展。由于纳米尺度接近原子极限，它的测量方法和仪器都有自己的独特性。首先，纳米计量必须提供纳米级甚至亚纳米级测量精度，因此纳米计量涉及并利用了多种学科，特别是物理学中的某些基本理论和基本现象，如光干涉原理、隧道效应和晶体衍射理论等等;其次，纳米计量必须保证在纳米尺度上有相对稳定的复现性，所以它的测量和校正方法与传统计量方法既有相似性又有自己的独特性;第三，由于纳米计量实现度量的精度高、难度大，纳米计量仪器的造价和维护费用普遍很高;第四，实现纳米计量往往对环境要求很高，需要严格控制环境湿度、温度和振动等非理想因素，也就是营造纳米计量环境。

    近十几年来，随着计量技术的飞速发展，目前已经出现了多种可以实现纳米计量的技术及仪器，主要包括:x射线干涉仪，激光频率分裂测长法，光栅测量法，电容测微仪，激光干涉法和扫描探针显微镜。