納米技術(shù)在精密測(cè)量中的應(yīng)用

納米技術(shù)在精密測(cè)量中的應(yīng)用

何為納米技術(shù)？納米是長(zhǎng)度單位，原稱(chēng)毫微米，就是10的-9次方米（10億分之一米）。納米科學(xué)與技術(shù)，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為納米技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。從具體的物質(zhì)說(shuō)來(lái)，人們往往用細(xì)如發(fā)絲來(lái)形容纖細(xì)的東西，其實(shí)人的頭發(fā)一般直徑為20-50微米，并不細(xì)。單個(gè)細(xì)菌用肉眼看不出來(lái)，用顯微鏡測(cè)出直徑為5微米，也不算細(xì)。極而言之，1納米大體上相當(dāng)于4個(gè)原子的直徑。假設(shè)一根頭發(fā)的直徑為0.05毫米，把它徑向平均剖成5萬(wàn)根，每根的厚度即約為1納米。

納米技術(shù)主要包含四個(gè)方面：納米材料，納米動(dòng)力學(xué)，納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)，納米電子學(xué)。納米科學(xué)是在納米(10-9m)和原子(約10-10m)的尺度上(1nm～100nm)研究物質(zhì)的特性、物質(zhì)相互作用以及如何利用這些特性的多學(xué)科交叉的前沿科學(xué)與技術(shù)。隨著科學(xué)的發(fā)展,它涉及到越來(lái)越廣泛的內(nèi)容,其中納米測(cè)量技術(shù)是納米科學(xué)的一個(gè)重要分支。半導(dǎo)體工業(yè)中的高精度模板的制造和定位,高精度傳感器的標(biāo)定;在科學(xué)研究中的量子物理學(xué)、化學(xué)、分子生物學(xué)等都需要很高的測(cè)量精度。因此無(wú)論是對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)還是軍事領(lǐng)域等,納米測(cè)量都有著巨大意義。納米測(cè)量的意義納米測(cè)量的方法目前,能夠進(jìn)行納米測(cè)量的方法主要有:非光學(xué)方法和光學(xué)方法兩大類(lèi)。前者包括:SPM法、電容、電感測(cè)微法;后者則包括:X光干涉儀法、各種形式的激光干涉儀法和光學(xué)光柵等方法。掃描電子顯微鏡進(jìn)行納米測(cè)量掃描電鏡的工作原理是:電子束經(jīng)過(guò)電磁透鏡聚焦到樣品表面,按順序逐行對(duì)樣品進(jìn)行掃描,同時(shí)將樣品表面散射或發(fā)射的各種電子用探測(cè)器收集起來(lái),并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào),再送到顯像管就可轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像。由于從樣品表面散射到發(fā)射的電子與樣品表面的固有特性(如樣品的幾何形狀)有直接關(guān)系,所以能得到樣品表面結(jié)構(gòu)的信息。掃描電鏡測(cè)量微結(jié)構(gòu)缺陷掃描電子顯微鏡的基本結(jié)構(gòu),主要由電子光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、圖像顯示系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)四個(gè)部分組成。F-P干涉儀進(jìn)行納米測(cè)量F-P干涉儀僅基于平行平板的多光束干涉。圖當(dāng)干涉腔長(zhǎng)發(fā)生微小變化時(shí),激光器輸出的拍頻和干涉級(jí)次發(fā)生變化,檢測(cè)這一變化量即可得到被測(cè)位移量。從理論上講,此種方法的測(cè)量精度可達(dá)到皮米級(jí),是目前所有的光學(xué)納米測(cè)量方法中精度最高的。F-P干涉儀的干涉輸出信號(hào)具有很高的銳度,非線(xiàn)性誤差較小,另外,通過(guò)換模鎖定,可以實(shí)現(xiàn)較大范圍的測(cè)量。外差干涉儀外差干涉儀是對(duì)基本的邁克爾遜干涉儀的改進(jìn),它使用了頻差在幾兆到幾千兆赫茲的兩個(gè)頻率的光波作為干涉儀的光源。兩個(gè)頻率的光波可以由雙波長(zhǎng)激光器得到,也可以利用聲光調(diào)制器、電光調(diào)制等頻移器件移動(dòng)激光器的輸出光頻來(lái)實(shí)現(xiàn)。它的基本原理是將被測(cè)位移量引入到外差