白光干涉原子力显微镜

名词解释：

计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。在计量过程中，认为所使用量具和仪器是标准的，用它们来校准、检定受检量具和仪器设备，以衡量和保证使用受检量具仪器进行测量时所获得测量结果的可靠性。计量涉及到计量单位的定义和转换；量值的传递和保证量值统一所必须采取的措施、规程和法制等。

原子力显微镜（AFM）：

是一种利用原子,分子间的相互作用力来观察物体表面微观形貌的新型实验技术.它有一根纳米级的探针,被固定在可灵敏操控的微米级弹性悬臂上.当探针很靠近样品时，其顶端的原子与样品表面原子间的作用力会使悬臂弯曲，偏离原来的位置.根据扫描样品时探针的偏离量或振动频率重建三维图像.就能间接获得样品表面的形貌或原子成分.   Atomic Force Microscope

埃（习惯单位而非标准单位）：10的-10次方

1nm=10埃

1. 绪论

1．1研究背景.

表面形貌是高端制造产品和科学研究样件的重要几何特征[1]，影响其摩擦、磨损、润滑、疲劳、密封、配合性质、黏附性、抗腐蚀性、导电性、导热性、反射性能、信息存储性能和他功能特性。表面形貌的测量、分析和评定[2]，是制造产品质量表征的重要环节和质量控制与功能可靠保证的前提，是科研领域基于表面形态了解进行相关因素分析的基础。

随着超精密加工、光学加工、极紫外光刻、电子制造等先进制造技术，及航空航天、惯性约束核聚变等重点领域极端制造技术的发展，微纳表面及结构成为其关键元器件重要的制件表面质量特征，这些微纳表面及结构质量保证对测量仪器提出了极端性的检测需求。日本电子信息技术产业协会曾经给出结论：不论量子器件、生物器件等未来的器件，还是半导体器件、光学器件、磁性器件等现有的器件，所有纳米结构的器件都需要设计制造技术，但如果没相应的检测分析技术，就不可能进行有效的开发乃至高效的生产。以集成电路中电子芯片的发展为例，目前 Intel公司即将推出的 Cannon Lake 芯片采用线宽为 10nm 的工艺架构来提升芯片的运算速度，降低发热量和功耗等，芯片纳米结构的线宽、线间距以及台阶高度等几何参数指标，已经成为影响器件质量和成品率的重要因素，都需要稳定高效的方法进行检测和控制。

1.2国内外研究现状

国内外研究现状现有用于微纳表面测试的仪器主要为扫描探针显微镜（Scanning  Probe  Micros-copy,  SPM）。扫描探针显微镜的工作原理是应用近场作用，通过一个具有纳米横向分辨率的探针靠近样品被测表面，在近场范围内产生作用，利用有效的方法来检测这种作用的大小，同时使用压电陶瓷扫描平台驱动样品进行扫描运动，从而获取样品的表面形貌信息。根据检测近场作用的不同原理方法，形成了一个至今仍在不断壮大的扫描探针显微镜家族[3-10]。

1.3.1  扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜（STM）[11,12]是最早的一种扫描探针显微镜，于 1981 年被 IBM（International Business Machine）公司苏黎世（Zurich）实验室的盖尔德²宾尼（Gerd Binnig）与海因里希²罗雷尔（Heinrich  Rohrer）所发明，他们也由此赢得了诺贝尔物理学奖。

STM 具有原子级别的超高测量分辨率，可以实时观测材料表面的原子排列和实现原子操控，对表面科学、材料科学、生命科学等学科发展意义巨大。

STM 近场作用检测方法是利用量子理论中的隧道效应，如图 1-1 所示。通过施加隧道电压，使探针与被测样品之间产生电势差，当探针针尖逐渐逼近被测样品表面时，随着空气间隙的减小，在电势差的作用下，针尖与样品表面之间击穿空气势垒而产生一微弱电流，即隧道电流It 。

式中，