纳米测量

摘要： 为了满足纳米级表面形貌样板的高精度非接触测量需求,研制了一种高分辨力光学显微测头。以激光全息单元为光源和信号拾取器件,利用差动光斑尺寸变化探测原理,建立了微位移测量系统,结合光学显微成像系统,形成了高分辨力光学显微测头。将该测头应用于纳米三维测量机,对台阶高度样板和一维线间隔样板进行了测量实验。结果表明:该光学显微测头结合纳米三维测量机可实现纳米级表面形貌样板的可溯源测量,具有扫描速度快、测量分辨力高、结构紧凑和非接触测量等优点,对解决纳米级表面形貌测量难题具有重要实用价值。

摘要： 激光干涉测量技术作为超精密测量的重要手段,为实现亚纳米级测量分辨力,通常对干涉周期信号进行数百倍甚至上千倍的插值细分,引入分辨力有效性问题.本文基于涡旋光束的螺旋相位特性,搭建高精度共轭涡旋光干涉位移测量结构,将被测直线位移量与干涉图案绕中心旋转角度建立线性传感关系.信号采集与处理中基于干涉信号特点,结合高速光电探测器进行干涉图案周期计数与相机进行低速干涉图案图像细分,对干涉图案自身进行空间等角度细分,有效降低后继周期信号的细分倍数并提高测量分辨力可靠性,以保证涡旋光干涉信号实时处理系统的亚纳米量级测量精度.搭建涡旋光束拓扑荷数为4的干涉测量实验测试系统,理论上干涉图案旋转1°对应的被测位移量为0.88 nm,设计基于LabVIEW的信号实时采集和处理系统并进行测量分辨力测试与误差分析,在实验室条件下分辨力优于0.5 nm.

摘要： In order to quantify the influences on measurement precision caused by assembly parameters,the gap d0 and effective overlap area variation ΔS between the fixed ruler and the moving ruler are employed as independent variables to build mathematical models for measurement precision analysis based on the principles of nanometer time-grating sensors.Second harmonics errors are deduced in theory and tranced back in terms of unequal amplitude and phase deviation for two channels of standing waves when the moving ruler is not parallel to yz-plane or deviate from yz-plane.Experiment results show that the original errors for one pitch decrease from 4.86 μm to 0.84 μm by adjusting the assembly parameters of the moving ruler in the yz-plane and xy-plane,which demonstrates that second harmonics error is caused by un-parallel to yz-plane or deviation from yz-plane for moving ruler.The peak-to-peak value of the measurement error is 400 nm within 200 mm measurement range.The proposed theoretical analysis is valid by the experimental results,and provide strong supporting for optimizing the sensor's structure parameters and improving experimental methods,which is very valuable for improving the measurement precision of nanometer time-grating sensor as reliable theory.%为了解析安装参数与测量精度的关系,根据纳米时栅的基本测量原理,构建出与动、定尺间距d0和正对面积变化量ΔS相关的数学模型.通过理论推导,分析了动尺在yz平面倾斜、xy平面偏转时会导致两路驻波幅值不等、相位偏移,从而给测量结果带来二次误差.实验结果表明通过调整动尺在yz平面与xy平面上的安装,对极内原始误差由4.86μm降低至0.84μm,证明动尺在yz平面倾斜、xy平面偏转为产生二次误差的主要原因.在行程200mm测量范围内,传感器误差峰峰值为400nm.实验结果验证了理论分析的正确性,该分析为传感器结构参数优化和实验方法的改进提供了有力的支撑,为进一步提升传感器精度提供了可靠的理论依据.

摘要： 本文根据原子力显微镜(AFM)的工作原理,针对生物细胞研究的相关实验教学课程的基本内容结构和教学目的,探讨了AFM在实际教学中的应用,列举了AFM获取的不同细胞的成像及相关信息。AFM在生物细胞技术中的应用教学显示,相比传统的光学显微镜,它能使学生更直观的观察细胞的形貌,详细的掌握不同细胞的大小、高度、形状等多方面信息。促进学生对课程的学习兴趣,同时又帮助学生加强对生物细胞的认知和理解,从而为学生进一步研究细胞的亚结构、力学特性、受药情况等打下良好的基础。

摘要： 为了实现有效的工艺监控，在批量化纳米制造中对纳米结构的关键尺寸等几何参数进行快速、低成本、非破坏性的精确测量具有十分重要的意义。光学散射仪目前已经发展成为批量化纳米制造中纳米结构几何参数在线测量的一种重要手段。传统光学散射测量技术只能获得光斑照射区内待测参数的平均值，而对小于光斑照射区内样品的微小变化难以准确分析。此外，由于其只能进行单点测试，必须要移动样品台进行扫描才能获得大面积区域内待测参数的分布信息，从而严重影响测试效率。为此，本文将传统光学散射测量技术与显微成像技术相结合，提出利用Mueller矩阵成像椭偏仪实现纳米结构几何参数的大面积快速准确测量。 Mueller矩阵成像椭偏仪具有传统Mueller矩阵椭偏仪测量信息全、光谱灵敏度高的优势，同时又有显微成像技术高空间分辨率的优点，有望为批量化纳米制造中纳米结构几何参数提供一种大面积、快速、低成本、非破坏性的精确测量新途径。%In order to achieve effective process control, the fast, inexpensive, nondestructive and accurate nanoscale feature measurements are extremely useful in high-volume nanomanufacturing. The optical scatterometry has currently be-come one of the important approaches for in-line metrology of geometrical parameters of nanostructures in high-volume nanomanufacturing due to its high throughput, low cost, and minimal sample damage. Conventional scatterometry techniques can only obtain the mean geometrical parameter values located in the illumination spot, but cannot ac-quire the microscopic variation of geometrical parameters less than the illumination region. In addition, conventional scatterometry techniques can only perform monospot test. Therefore, the sample stage must be scanned spot by spot in order to obtain the distribution of geometrical parameters in a large area. Consequently, the final test efficiency will be greatly reduced. Accordingly, in this paper, we combine conventional scatterometry with imaging techniques and adopt the Mueller matrix imaging ellipsometry (MMIE) for fast, large-scale and accurate nanostructure metrology. A spectroscopic Mueller matrix imaging ellipsometer is developed in our laboratory by substituting a complementary metal oxide semiconductor camera for the spectrometer in a previously developed dual rotating-compensator Mueller matrix ellipsometer and by placing a telecentric lens as an imaging lens in the polarization state analyzer arm of the ellipsometer. The light wavelengths in the developed imaging ellipsometer are scanned in a range of 400–700 nm by using a monochromator. The spectroscopic Mueller matrix imaging ellipsometer is then used for measuring a typical Si grating template used in nanoimprint lithography. The measurement results indicate that the developed instrument has a measurement accuracy of better than 0.05 for all the Mueller matrix elements in both the whole image and the whole spectral range. The three-dimensional microscopic maps of geometrical parameters of the Si grating template over a large area with pixel-sized lateral resolution are then reconstructed from the collected spectral imaging Mueller matrices by solving an inverse diffraction problem. The MMIE-measured results that are extracted from Mueller matrix spectra collected by a single pixel of the camera are in good agreement with those measured by a scanning electron microscope and the conventional Mueller matrix ellipsometer. The MMIE that combines the great power of conventional Mueller matrix ellipsometry with the high spatial resolution of optical microscopy is thus expected to be a powerful tool for large-scale nanostructure metrology in future high-volume nanomanufacturing.

摘要： 本文以聚苯乙烯纳米颗粒作为测量对象,分别采用最为常见的扫描电子显微镜法(SEM)和动态光散射法(DLS)测量其粒径.结果表明:电子显微镜法可观察颗粒形貌及结构,但测量误差偏大;动态光散射法可精确测量颗粒粒径及其分布状态.分析讨论了这两种测量方法的优缺点,对纳米颗粒测量具有重要的指导作用.

摘要： Nanometer time grating makes measurement with moving reference frame constructed by alternating elec⁃tric field. Precision of the excitation directly affects the uniform motion of the reference frame,and thus influences the accuracy of measurement. In order to meet the requirement of high precision excitation,a new signal source adopting closed loop control was designed. FPGA was used to complete overall control,including acquisition con⁃trol,data processing and waveform data generating. Signal generating circuit and feedback circuit were constructed with 16-bit D/A and A/D converters,therefore the precise control of signals was improved a lot. The test results show that the precision of the signal amplitude is 0.01%and the phase precision is 0.1%,and the original precision of nanometer time grating was improved from 1.4μm to 0.9μm.%纳米时栅利用正交变化电场构建的运动参考系进行测量，激励信号精度直接影响运动参考系匀速性，进而影响测量精度。针对纳米时栅需要高精度激励信号的要求，设计了一种采用闭环控制结构的高精度激励信号源，该信号源采用单片FPGA实现总体控制，完成采集控制、数据处理和波形数据产生等功能，利用16位高精度数据转换器构建信号发生电路及反馈电路，保证了对信号的精确控制。测试结果表明：输出正弦信号幅值精度为0.01%，相位精度为0.1%，并将纳米时栅原始精度从1.4μm提高至0.9μm。

摘要： Aiming at the difficulty of the large range nano displacement precision measurement,a new type nanometer time grating sensor is proposed. As for submicro precision of large range,high-precision displacement sensor,consistent manufacture in macro-scale range periodic structure of unit are the key to ensure reliability and high precision measurement of displacement sensor. Aiming at problem raised above,a new high-precision automatic exposure splicing technology is adopted,fabricate and achieve large range scale pattern transfer,and combined with micro-nano fabrication methods,the sub-micron level precision time grating sensor manufacturing is realized. The experimental results show that the prototype can work as expected,and peak of measurement error is within 500 nm.%针对解决大量程纳米位移精度测量难度大的问题，提出了新型纳米时栅传感器。就大量程、高精度位移传感器的亚微米精度加工而言，宏观尺度范围内周期性结构单元一致性制造是保证位移传感器可靠性和高精度测量的关键所在。对上述提出的问题，采用高精度自动拼接曝光技术加工并实现了大量程标尺的图形转移，结合微纳加工方式实现时栅传感器亚微米级精度的制造。通过实验验证所加工出的样机能够达到预期目标，并且测量误差峰值在500 nm以内。

摘要： In order to meet the demand of manipulation and physical measurement of an individual nanostructure ,a scanning probe microscope had been built inside a transmission electron microscope , by w hich nanomanipulation ,physical measurement and in‐situ structural characterization could be re‐alized .This instrument was powerful in a way that it could directly correlate the atomic‐scale struc‐ture with the unique properties of low‐dimensional materials .%为了满足单个纳米结构的操纵和物理测量需求，设计制作了透射电子显微镜内置扫描探针装置，实现了纳米操纵、物性测量和原位结构表征的功能，从而建立起低维材料独特性质与其本征结构的一一对应关系。

摘要： 提出了一种基于全息激光头的新型纳米测量方法,该方法具有结构简单、集成度高、分辨力高、非接触等特点。文中首先分析了全息激光头的工作原理；然后以全息激光头为核心搭建出一套试验系统,在此试验系统基础上进行试验并给出实验结果。

摘要： 提出了光栅信号快速采样与精确测量相结合的光栅纳米测量方法,给出了在高速测量条件下的光栅纳米测量的细分算法、信号快速采样和数据处理。测试结果表明,测量速度与光栅细分倍数无关,当选用光栅栅距为20mm的光栅尺,在2000000倍的细分数下,能够实现小于1nm的有效测量分辨率和每光栅周期仅采样10个点的测量速度。

摘要： 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中起着信息采集和分析的不可替代的重要作用。rn 纳米测量技术包括:纳米级精度的尺寸和位移的测量,纳米级表面形貌的测量以及纳米级物理与化学特性测量。目前迫切需要解决的问题有微电子、超精密加工中线宽、台阶、膜厚等测量问题、纳米材料中的粒子特征测量问题和作为纳米科技主要测量和操作工具的扫描探针显微镜(SPM)、扫描电子显微镜(SEM)等的特性表征和测量准确度评定。文章重点评述了纳米维度(几何量)测量、纳米材料和纳米结构检测与表征、纳米计量体系的国际比对和国际基本单位制(SI)溯源、纳米科技中的标准化工作等,并提出关于作好纳米计量标准的建议和思考。

摘要： 本文对纳米长度测量的标准化进行了研究。文章从纳米测量的标准化文件、标准物质、测量不确定度的评定三个方面阐述了有关纳米长度测量方法的标准化概况及国内外的进展。

摘要： 微系统是指集成了微电子和微机械(或光学、化学、生物等方面的微元件)的系统,它以微米尺度理论为基础,用批量化的电子技术和三维加工技术制造来完成信息获取、处理及执行等功能.本文就微系统所涉及的微传感器、微制造、超精密检测等关键技术的发展趋势进行了论述,并介绍了西安交通大学精密工程研究所有关耐高温微型压力传感器、微型三坐标测量机、微机械力学性能测试系统、生物微组织阵列芯片制备仪、基于视觉反馈的微装配系统、纳米样板/纳米测量和纳米加工等方面的最新研究进展.

摘要： 文章首先给出纳米及纳米测量的概念，接着从光学和非光学测量系统着手，阐述了几种主要的纳米测量技术，并对纳米测量系统的各组成部分的技术进行详细论述，最后回顾了国内外纳米测量技术的发展现状，并在此基础上,阐述了纳米测量技术今后的发展方向及目前存在的问题。

摘要： 本文构筑了一种在同一干涉仪中可同时实现大范围和高精度纳米测量的双频激光合成波长干涉仪;针对该干涉仪的光路结构特点,提出一种新的粗精定位相结合的干涉信号同相位检测方法,实现了对不同频率干涉信号的同相位检测;实现测量结果表明该定位方法能够实现0.41nm的定位精度.

摘要： 介绍了单频纳米激光干涉仪的非线性误差,分析了各种典型的单频激光干涉仪非线性误差修正方法,如Heydemann方法、频谱分析方法、基于干涉信号波峰和波谷的方法、基于神经网络的NN方法.在基于干涉信号波峰和波谷的方法的基础上,提出了一种改良方法(P方法),试验结果表明,P方法具有运算简单、误差修正精度高和抗干扰性能较强等优点,可以在非计量环境下用该法对干涉仪的非线性误差进行修正,实用价值较大。

摘要： 介绍了单频纳米激光干涉仪的非线性误差,分析了各种典型的单频激光干涉仪非线性误差修正方法,如Heydemann方法、频谱分析方法、基于干涉信号波峰和波谷的方法、基于神经网络的NN方法.在基于干涉信号波峰和波谷的方法的基础上,提出了一种改良方法(P方法),试验结果表明,P方法具有运算简单、误差修正精度高和抗干扰性能较强等优点,可以在非计量环境下用该法对干涉仪的非线性误差进行修正,实用价值较大。

摘要： 介绍了单频纳米激光干涉仪的非线性误差,分析了各种典型的单频激光干涉仪非线性误差修正方法,如Heydemann方法、频谱分析方法、基于干涉信号波峰和波谷的方法、基于神经网络的NN方法.在基于干涉信号波峰和波谷的方法的基础上,提出了一种改良方法(P方法),试验结果表明,P方法具有运算简单、误差修正精度高和抗干扰性能较强等优点,可以在非计量环境下用该法对干涉仪的非线性误差进行修正,实用价值较大。

摘要： 本发明公开一种用于纳米压痕仪的纳米级测量加载单元，包括：柔性铰链；第一立柱和第二立柱，其设置在柔性铰链底面两侧；横梁，其轴向两侧分别与第一立柱和第二立柱固定连接；第一圆形通孔，其设置在横梁中心；滑块，其轴向固定设置在第一立柱的内侧面；导轨，其一侧设置有与滑块配合的凹槽，并与滑块可滑动连接；参考架，其短边外端设置有第二圆形通孔；压套，其同轴设置在所述第二圆形通孔下方；软压环，其为圆环形，且同轴固定设置在远离参考架的所述压套一端；读数头，其固定设置在参考架短边一侧上；压头，其一端与所述柔性铰链底面中心固定连接，另一端同轴伸入所述压套内。本发明公开一种用于纳米压痕仪的纳米级测量加载单元的测量方法。

摘要： 本发明涉及一种对纳米颗粒的直径进行测量的纳米颗粒直径测量装置，以及纳米颗粒直径测量方法。该纳米颗粒直径测量装置包括光源、凹透镜、样品池、小孔构件、滤光片、转换部和计算部，光源发出的激光在经过样品池后会变成散射光，转换部对散射光进行成像和检测，计算部采用图像对比度分析方法得到样品池中纳米颗粒的直径。因为转换部可以实现多点检测，且测量方式为后向测量，不容易受多重散射影响，所以能够直接检测高浓度的纳米颗粒直径，解决了原有动态光散射测量装置无法在高浓度下进行直接测量的问题，具有成本低廉、运算简单的优点。

摘要： 本发明公开一种用于纳米压痕仪的纳米级测量加载单元，包括：柔性铰链；第一立柱和第二立柱，其设置在柔性铰链底面两侧；横梁，其轴向两侧分别与第一立柱和第二立柱固定连接；第一圆形通孔，其设置在横梁中心；滑块，其轴向固定设置在第一立柱的内侧面；导轨，其一侧设置有与滑块配合的凹槽，并与滑块可滑动连接；参考架，其短边外端设置有第二圆形通孔；压套，其同轴设置在所述第二圆形通孔下方；软压环，其为圆环形，且同轴固定设置在远离参考架的所述压套一端；读数头，其固定设置在参考架短边一侧上；压头，其一端与所述柔性铰链底面中心固定连接，另一端同轴伸入所述压套内。本发明公开一种用于纳米压痕仪的纳米级测量加载单元的测量方法。

摘要： 本发明涉及一种对纳米颗粒的直径进行测量的纳米颗粒直径测量装置，以及纳米颗粒直径测量方法。该纳米颗粒直径测量装置包括光源、凹透镜、样品池、小孔构件、滤光片、转换部和计算部，光源发出的激光在经过样品池后会变成散射光，转换部对散射光进行成像和检测，计算部采用图像对比度分析方法得到样品池中纳米颗粒的直径。因为转换部可以实现多点检测，且测量方式为后向测量，不容易受多重散射影响，所以能够直接检测高浓度的纳米颗粒直径，解决了原有动态光散射测量装置无法在高浓度下进行直接测量的问题，具有成本低廉、运算简单的优点。

摘要： 基于双探针原子力显微镜的纳米卡尺及采用该纳米卡尺测量微纳米结构关键尺寸的方法，涉及AFM的纳米卡尺测量技术。它为了解决传统AFM很难实现两个相邻或相对的待测侧壁相关关键尺寸测量的问题。本发明基于双探针AFM原理，设计了两个可旋转探针架，使两探针能够与底面在-90°-90°范围内成任意角度，当两探针旋转角度相同且方向相反时，即构成纳米卡尺，能够实现对两个相邻或相对侧壁表面的扫描，根据扫描数据即可得到微纳米结构的关键尺寸。本发明实现了在不破坏样品的前提下对两侧壁表面相邻和相对区域扫描成像，根据扫描数据得到样品的关键尺寸。本发明适用于对微纳器件关键尺寸的测量，可应用于微纳制造、测试、及微纳操作领域。

摘要： 本申请提供了一种微区测量纳米材料光学增益系数的测量方法及测量系统装置，所述的测量方法包括：控制脉冲激光依次穿过凸透镜、小孔、柱面透镜和可调狭缝后形成条纹光斑，通过显微物镜使条纹光斑聚焦至待测纳米材料上；通过光学显微镜观察条纹光斑图像，并通过可调狭缝改变条纹光斑长度，分别测试不同长度的条纹光斑下的待测纳米材料的放大自发辐射光谱强度；根据放大自发辐射光谱强度与条纹光斑长度的曲线关系拟合得到待测纳米材料的光学增益系数。本申请可实现微区操作，可以获得更加精确的条纹光斑长度，条纹变化的步长更小，可获得更多指数区数据点，从而得到更加精确的光学增益系数。

摘要： 本申请公开了流动纳米颗粒测量设备和使用该设备确定纳米颗粒的方法。所述流动纳米颗粒测量设备包括：流动室，液态样本在所述流动室中流动，第一激光束辐照到所述流动室；激光发生器，所述激光发生器被配置成生成所述第一激光束；以及流动控制器，所述流动控制器被配置成控制所述流动室中的所述液态样本的流动。

摘要： 本申请公开了流动纳米颗粒测量设备和使用该设备确定纳米颗粒的方法。该纳米颗粒测量设备包括：流动室，所述流动室被配置成形成液态样本流过的流动路径；激光发生器，所述激光发生器被配置成生成第一激光束并将所述第一激光束辐照到所述流动室；多个检测器，所述多个检测器布置在所述流动室中，并被配置成检测由所述第一激光束在所述流动室中生成的等离子体的冲击波以及生成检测信号；以及控制器，所述控制器被配置成从所述多个检测器获得所述检测信号以及响应于所述检测信号确定包含在所述液态样本中的纳米颗粒的类型和尺寸。

摘要： 本发明公开了一种测量表面等离激元纳米结构局域温度的电学纳米温度计及测温方法，所述电学纳米温度计包括在绝热衬底上的金属三角天线和金属传感条，金属三角的顶点正对金属传感条的中心，两者相距一个纳米隙，金属传感条两端各连接两个电极终端，电压表和含源电流表分别通过金属传感条两端的电极终端连接金属传感条。本发明通过伏安法测量传感条的电阻来测量温度，克服了传统光学方法的衍射极限，拥有纳米尺度的空间分辨率，且精度高(0.1K)、量程大(78‑750K)和响应时间快(<1.5s)。

摘要： 本发明公开了一种纳米线与纳米线间界面作用力测量方法，包括通过测量两根头部搭接的纳米线在相背移动产生剥离趋势时的变形量以及两者间接触电阻的变化，进而得到纳米线与纳米线间的界面作用力与接触电阻的关系，之后通过测量纳米线与纳米线间的接触电阻即可实时得到纳米线间的界面作用力。本发明还公开了纳米线与纳米线间界面作用力测量装置。本发明通过使纳米线形变确定纳米线间界面作用力与接触电阻的关系，进而由接触电阻的测量间接实现了纳米线间界面作用力的实时测量。