美國NIST和德國PTB分別測得硅(220)晶體的晶面間距為192015.560±0.012fm和192015.902±0.019fm。日本NRLM在恒溫下對220晶間距進行穩(wěn)定性測試,發(fā)現(xiàn)其18天的變化不超過0.1fm。實驗充分說明單晶硅的晶面間距具有較好的穩(wěn)定性。
掃描X射線干涉測量技術是微/納米測量中的一項新技術,它正是利用單晶硅的晶面間距作為亞納米精度的基本測量單位,加上X射線波長比可見光波波長小兩個數(shù)量級,有可能實現(xiàn)0.01nm的分辨率。該方法較其它方法對環(huán)境要求低,測量穩(wěn)定性好,結構簡單,是一種很有潛力的方便的納米測量技術。
自從1983年D.G.Chetwynd將其應用于微位移測量以來,英、日、意大利相繼將其應用于納米級位移傳感器的校正。國內(nèi)清華大學測試技術與儀器國家重點實驗室在1997年5月利用自己研制的X射線干涉器件在國內(nèi)首次清楚地觀察到X射線干涉條紋。軟X射線顯微鏡、掃描光聲顯微鏡等用以檢測微結構表面形貌及內(nèi)部結構的微缺陷。邁克爾遜型差拍干涉儀,適于超精細加工表面輪廓的測量,如拋光表面、精研表面等,測量表面輪廓高度變化最小可達0.5nm,橫向(X,Y向)測量精度可達0.3~1.0μm。渥拉斯頓型差拍雙頻激光干涉儀在微觀表面形貌測量中,其分辨率可達0.1nm數(shù)量級。
邁克爾遜型差拍干涉儀
3、光學干涉顯微鏡測量技術
光學干涉顯微鏡測量技術,包括外差干涉測量技術、超短波長干涉測量技術、基于F-P(Ferry-Perot)標準的測量技術等,隨著新技術、新方法的利用亦具有納米級測量精度。外差干涉測量技術具有高的位相分辨率和空間分辨率,如光外差干涉輪廓儀具有0.1nm的分辨率;基于頻率跟蹤的F-P標準具測量技術具有極高的靈敏度和準確度,其精度可達0.001nm,但其測量范圍受激光器的調(diào)頻范圍的限制,僅有0.1μm。而掃描電子顯微鏡(SEM)可使幾十個原子大小的物體成像。
美國ZYGO公司開發(fā)的位移測量干涉儀系統(tǒng),位移分辨率高于0.6nm,可在1.1m/s的高速下測量,適于納米技術在半導體生產(chǎn)、數(shù)據(jù)存儲硬盤和精密機械中的應用。
目前,在微/納米機械中,精密測量技術一個重要研究對象是微結構的機械性能與力學性能、諧振頻率、彈性模量、殘余應力及疲勞強度等。微細結構的缺陷研究,如金屬聚集物、微沉淀物、微裂紋等測試技術的納米分析技術目前尚不成熟。國外在此領域主要開展用于晶體缺陷的激光掃描層析技術,用于研究樣品頂部幾個微米之內(nèi)缺陷情況的納米激光雷達技術,其探測尺度分辨率均可達到1nm。
以激光波長為已知長度利用邁克耳遜干涉系統(tǒng)測量位移
圖像識別測量技術
隨著近代科學技術的發(fā)展,幾何尺寸與形位測量已從簡單的一維、二維坐標或形體發(fā)展到復雜的三維物體測量,從宏觀物體發(fā)展到微觀領域。 正確地進行圖像識別測量已經(jīng)成為測量技術中的重要課題。
圖像識別測量過程包括:(1)圖像信息的獲取;(2)圖像信息的加工處理,特征提??;(3)判斷分類。計算機及相關計算技術完成信息的加工處理及判斷分類,這些涉及到各種不同的識別模型及數(shù)理統(tǒng)計知識。
圖像測量系統(tǒng)一般由以下結構組成。以機械系統(tǒng)為基礎,線陣、面陣電荷耦合器件CCD或全息照相系統(tǒng)構成攝像系統(tǒng);信息的轉(zhuǎn)換由視頻處理器件完成電荷信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換;計算機及計算技術實現(xiàn)信息的處理和顯示;回饋系統(tǒng)包括溫度誤差補償,攝像系統(tǒng)的自動調(diào)焦等功能;載物工作臺具有三坐標或多坐標自由度,可以精確控制微位移。