美国NIST和德国PTB分别测得硅(220)晶体的晶面间距为192015.560±0.012fm和192015.902±0.019fm。日本NRLM在恒温下对220晶间距进行稳定性测试,发现其18天的变化不超过0.1fm。实验充分说明单晶硅的晶面间距具有较好的稳定性。
扫描X射线干涉测量技术是微/纳米测量中的一项新技术,它正是利用单晶硅的晶面间距作为亚纳米精度的基本测量单位,加上X射线波长比可见光波波长小两个数量级,有可能实现0.01nm的分辨率。该方法较其它方法对环境要求低,测量稳定性好,结构简单,是一种很有潜力的方便的纳米测量技术。
自从1983年D.G.Chetwynd将其应用于微位移测量以来,英、日、意大利相继将其应用于纳米级位移传感器的校正。国内清华大学测试技术与仪器国家重点实验室在1997年5月利用自己研制的X射线干涉器件在国内首次清楚地观察到X射线干涉条纹。软X射线显微镜、扫描光声显微镜等用以检测微结构表面形貌及内部结构的微缺陷。迈克尔逊型差拍干涉仪,适于超精细加工表面轮廓的测量,如抛光表面、精研表面等,测量表面轮廓高度变化最小可达0.5nm,横向(X,Y向)测量精度可达0.3~1.0μm。渥拉斯顿型差拍双频激光干涉仪在微观表面形貌测量中,其分辨率可达0.1nm数量级。
迈克尔逊型差拍干涉仪
3、光学干涉显微镜测量技术
光学干涉显微镜测量技术,包括外差干涉测量技术、超短波长干涉测量技术、基于F-P(Ferry-Perot)标准的测量技术等,随着新技术、新方法的利用亦具有纳米级测量精度。外差干涉测量技术具有高的位相分辨率和空间分辨率,如光外差干涉轮廓仪具有0.1nm的分辨率;基于频率跟踪的F-P标准具测量技术具有极高的灵敏度和准确度,其精度可达0.001nm,但其测量范围受激光器的调频范围的限制,仅有0.1μm。而扫描电子显微镜(SEM)可使几十个原子大小的物体成像。
美国ZYGO公司开发的位移测量干涉仪系统,位移分辨率高于0.6nm,可在1.1m/s的高速下测量,适于纳米技术在半导体生产、数据存储硬盘和精密机械中的应用。
目前,在微/纳米机械中,精密测量技术一个重要研究对象是微结构的机械性能与力学性能、谐振频率、弹性模量、残余应力及疲劳强度等。微细结构的缺陷研究,如金属聚集物、微沉淀物、微裂纹等测试技术的纳米分析技术目前尚不成熟。国外在此领域主要开展用于晶体缺陷的激光扫描层析技术,用于研究样品顶部几个微米之内缺陷情况的纳米激光雷达技术,其探测尺度分辨率均可达到1nm。
以激光波长为已知长度利用迈克耳逊干涉系统测量位移
图像识别测量技术
随着近代科学技术的发展,几何尺寸与形位测量已从简单的一维、二维坐标或形体发展到复杂的三维物体测量,从宏观物体发展到微观领域。 正确地进行图像识别测量已经成为测量技术中的重要课题。
图像识别测量过程包括:(1)图像信息的获取;(2)图像信息的加工处理,特征提取;(3)判断分类。计算机及相关计算技术完成信息的加工处理及判断分类,这些涉及到各种不同的识别模型及数理统计知识。
图像测量系统一般由以下结构组成。以机械系统为基础,线阵、面阵电荷耦合器件CCD或全息照相系统构成摄像系统;信息的转换由视频处理器件完成电荷信号到数字信号的转换;计算机及计算技术实现信息的处理和显示;回馈系统包括温度误差补偿,摄像系统的自动调焦等功能;载物工作台具有三坐标或多坐标自由度,可以精确控制微位移。