纳米计量与传递标准

　　1 引言

　　R.P.Feynman)1959 (There's Plenty纳米科技研究0 .1-100纳米尺度范围的物质世界，操纵原子和分子并直接用原子和分子制造具有特定功能的产品。纳米科技是由物理学、化学、生物学以及电子学等各个学科交叉形成的新兴学科。科学家预言：纳米科技的发展将影响社会发展的诸多方面，包括材料、制造业、通信、能源、航天航空、环境保护、医疗卫生等等领域。可以说未来几乎所有现代技术领域的创新和技术进步都离不开纳米科技。世界各国都在加强对纳米科技的研究，力求在世界科技经济格局中处于领先地位。

　　虽然，通常将纳米技术的出现追溯到诺贝尔奖获得者、美国物理学家费曼 年所作的题为“在底层还有很大空间”of Room at the bottom Eng.&Sci. 23:22-36,1960)的著名演讲。他极有预见性地指出，“依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”操纵中个原子和分子就意味着我们研究的对象处于纳米尺度。但是，纳米科技真正受到)‘一泛的关注还是在1980年代卢雷尔(H.Rohrer)与宾尼(C.Binnig)发明了扫描隧逍显微镜(STM)得以在纳米级水平上研究物质表面原子、分子的儿何结构及与其电子行为之后。扫描隧逍显微镜具有极高的分辨本领和放大倍数，得到的是实时的、真实样品表面的高分辨图象。随后，在扫描隧逍显微镜基础上发展起来利用各种物质探针(针尖)获得有关试样表面信息的技术，如:原子力显微镜(AFM),磁力显微镜、静电力显微镜、电化学扫描隧逍显微镜，光子扫描隧逍显微镜(PSTM)、扫描近场光学显微镜(SNOM)等扫描探针显微学((SPM)，以及各种谱学分析手段与其相结合的新纳米测量技术相继出现，大大推动了纳米科技的发展。可以说纳米测量技术在纳米利技发展，具有非常核心的地位。

　　2纳米科技的计量学问题

　　纳米技术就某种意义上讲就是实现原子或分子操作的超精细加工技术。纳米科技的各个领域都涉及对纳米尺度物质的形态、成分、结构及其物理/化学性能(功能)的测量、表征。纳米测量在纳米科技，起着信息采集和分析的不可替代的重要作用。纳米计量涉及在0.1 nm二100 nm范围内测量对象的间隔或位移并表征物体及其表面形貌的特征，纳米微电子、微机械、精密测量技术和仪器的开发，纳米测量，测头与被测表面相互作用的研究，纳米仪器结构和纳米仪器的干涉校准方法等。目前迫切需要解决的问题有微电子、超精密加工，线宽、台阶、膜厚等测量问题、纳米材料，的粒子特征测量问题、作为纳米科技}要测量和操作工具的扫描隧逍显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)、其它扫描探针显微镜(SPM)等的特性表征和测量准确度评定等。在光学精密加工，平面、光学形貌、曲率半径等的测量占有重要地位。目前使用商售相位测量干涉仪((PMI)并用误差分离技术可以使PMI测量平面和近似平面的不确定度达到1 nm，在球面光学测量，可得到更高的不确定度。美国NIST使用这一技术解决了LIC O(激光干涉重力波天文台)G学系统，的测量问题。对于EUVL(极紫外光刻川，的使用的非球面测量，采用PMI与高精度滑轨相结合的方法。NIST X-ray准确光学系统校准干涉仪(XCALIBIR)被设计用于平面、球面以及非球面光学系统的测量，目前正在提高精度。并计划到2005年使NIST对平面、光学形貌、曲率半径测量在孔径达300mm的范围扩展不确定度好于0.25nm rms。在纳米尺度计量方面急需研制用于光掩模临界尺寸、基片临界尺寸以及套模的参考标准和测量方法。研制可控儿何特性的三维结构，它的尺寸可直接溯源于本征晶体的格子。在纳米材料领域需要建立高可靠性测量技术和标准样品，包括微小颗粒的物理特性(质量、大小和密度);各种材料的纳米孔结构;控制纳米材料特征的表面结构;纳米结构的热学特性等。扫描探针显微镜(SPM)，尤其是原子力显微镜是纳米测量范围内有效而一泛采用的仪器，由于一些固有的非线性等缺点，它的精度受到扫描驱动器的限制。国家计量机构都是用激光干涉法对原子力显微镜的扫描过程进行实时标定，从而将测量溯源于激光波长标准。提高了原子力显微镜的测量精度。但这种带激光干涉仪、被称为计量ii}J或校准ii}J的原子力显微镜(C-AFM)要求工作环境苛刻，要实现现场或一般实验室的纳米测试仪器的校准，还必须有很好的纳米级长度传递标准。