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扫描探针显微镜和扫描电子显微镜用一维纳米栅格标准物质样品研制成功

微加工实验室    2015年2月9日


 

     纳米长度的计量不仅是纳米科技基础研究中的重要问题,而且是半导体工业、各类纳米材料生产过程中质量控制的关键技术。如果不能测量,就更不可能制造,只有建立成功的测量学基础框架,才有可能实现研发和加工新的纳米材料、纳米器件和纳米产品。扫描电子显微镜和扫描探针显微镜是科技研发和工业生产最为通用的微米、纳米长度测量仪器,均可在形态、结构观察的同时又能直接显示测量的长度,而且是少数几种有计量检定规程,有合理、合法标准物质样品,可以实现计量溯源的仪器。但要实现将扫描电子显微镜和扫描探针显微镜用于精确测长,必须拥有相应的长度标准物质样品。所谓的标准物质是具有一种或多种足够均匀和确定特性值的用以校准设备、评价测量方法或给材料赋值的物质,标准物质是依法管理的一种计量器具,也是量值传递与溯源的一种重要手段。

     国际上美、英、日、德等半导体行业发达国家均先后推出了纳米长度标准物质。我国由于历史原因在样品制造设备和测试设备的研制能力不足,缺乏设备和测试系统的理论研究工作,纳米尺度的国际溯源和比对工作缺少经验,我国纳米尺度度量学研究工作面临更大的困难。但是,先进纳米加工和制造技术是提升我国制造业水平和国家综合竞争力的关键技术之一,而纳米测量技术和纳米标准物质等基础框架的建立对于该目标的成功实施是至关重要的。因此,我国纳米尺度度量学研究工作势在必行。

     中国科学院物理所微加工实验室与纳米中心、微电子所合作,通过优化电子束曝光及刻蚀工艺,在四英寸的硅基底上实现400nm栅距纳米尺度长度标准物质样品的高精度批量制备,并利用中国计量科学研究院研制的计量型原子力显微镜对一维纳米栅格标准物质样品进行定值测量,测量结果直接溯源到激光波长和SI国际单位制。该标准物质样品通过了全国标准物质管理委员会组织的专家鉴定及国家一级标准物质的终审,被中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局授予国家一级标准物质证书及中华人民共和国制造计量器具许可证。

     该标准物质样品可用于:1)扫描电子显微镜和扫描探针显微镜等计量器具的校准;2)纳米长度测量标准计量方法的研究与评价;3)二级标准物质的鉴定。该标准物质研制成功填补了国内空白,达到了国际一维纳米尺度标准物质的先进水平,具有较高的实用价值和推广意义,可以满足国内外扫描电子显微镜及扫描探针显微镜用户对纳米尺度长度标准物质样品的需求。

     该标准物质的研制得到了科技部973项目、国家自然科学基金委和中国科学院的资助。