用计量型AFM对一维纳米基准栅的标定及不确定度估计

黄强先 袁 丹 尤焕杰

合肥工业大学，合肥，230009

0 引言

随着微加工技术、MEMS技术和纳米技术的发展及应用，利用这些技术加工或制备的微器件、MEMS器件及纳米材料等几何尺寸越来越小，相应地对测量精度要求越来越高，甚至要求达到纳米量级及亚纳米量级。目前，已具有纳米量级甚或亚纳米量级分辨率的仪器，如原子力显微镜（AFM）、扫描隧道显微镜（STM）和扫描电子显微镜（SEM）等各种纳米量级测量仪器。上述测量仪器被广泛应用于各种器件需求的测量领域。尽管上述仪器具有极高的空间分辨率，甚或能够分辨出表面原子的位置，但由于上述仪器的测量范围小、测量分辨率高和测量不确定度要求极高，导致上述仪器的精确标定成为目前的世界难题［1－3］。为了方便、可靠地标定上述测量仪器，国际计量局（BIPM）在1998年把纳米尺度线间隔、台阶高度、线宽等5个参数的计量确定为纳米尺度基本特征国际关键比对项目之一［4］，并提出了相应的5种基准样板，以便测量者基于基准样板特征参数确定仪器的测量不确定度。

一维纳米基准栅样板是5个纳米标准样板之一［4］，其平均栅距是该基准样板的特征参数，目前的制作精度达到纳米量级［3，5］。对于该基准栅栅距的标定，既要具有亚纳米量级的测量不确定，又必须使其测量结果溯源到长度基准，目前一般采用计量型原子力显微镜、光学衍射仪等仪器进行标定［1，4，6］。不管采用何种方法和仪器［7］，由于测量仪器复杂、测量环境要求高、测量对象自身加工精度高，以及平均栅距不能直接与长度基准比较，给测量工作带来诸多不便。……