第十三章--纳米测量学

第十三章 纳米测量学

老师：王成伟 教授 学生: 何 欣 2013.06.24

背景： 纳米技术是二十世纪八十年代发展起来的新兴技术，被 誉为二十一世纪信息革命的核心，二十一世纪的产业革命。 纳米材料的制备是纳米研究和应用的前提，而对纳米材 料的测量又是纳米研究和应用的关键。因此纳米科技的出 现和发展离不开纳米测量技术。现在纳米级测量技术主要 有两个发展方向：光干涉测量技术、扫描显微测量技术。 二十世纪末，由于压电转控器的出现，使机械探针的定位 性增强。特别是随着STM和AFM的发明，相继出现了纳米 分析、纳米测量和纳米探针等多种表征技术，使纳米的测 量技术有了飞跃的发展。

纳米测量学1、概念 测量技术是指物质结构与性质及其应用的有关分析、 测试方法，有时也包括测试、测量工具的研究与制造。 纳米材料的表征与测试主要包括：纳米材料的粒度 分析、形貌分析、成分分析、结构分析、表面与界面分 析等。

2、纳米测量技术的研究大致分为两个方面： (1)应用与研制先进的测试仪器，解决物理和微细加工中 的纳米测量问题，分析各种测试技术，提出改进的措施或 新的方法； (2)从计量学的角度出发分析各种测试方法的特点，如： 使用范围、精度等级、频率响应等。

主要内容13.1 纳米测量学的现状和进展 13.2 纳米测量技术的展望13.2.1 超薄层面及横向纳米结构的分析 13.2.2 电子与光子束分析技术 13.2.3 质谱分析技术 13.2.4 显微分析技术 13.2.5 扫描探针技术

13.2.6 纳米表面的测量技术

第一节

纳米测量学的现状和进展

纳米科技研究的飞速发展对纳米测量提出了以下迫 切的更高要求：1.如何评价纳米材料的颗粒度,分布,比表面和微结构？

2.如何评价超薄薄膜表面的平整度和起伏？3.如何测量纳米尺度的多层膜的单层厚度？ 4.如何评价纳米器件？ 这些都是摆在纳米测量科学面前的重要课题。

发展纳米测量科学有两个重要途径：一.创造新的纳米测量技术、建立新原理、新方法。此种途径发展较快，1984年Binnig和Rohrer首先研制成功扫描隧道显微 镜(STM),为人类在纳米级乃至在原子级水平上研究物质的表面原子、分子的

几何结构及与电子行为有关的物理、化学性质开辟了新的途径，因而获得了1985年诺贝尔物理学奖。 作为纳米测量强有力手段的 SPM(扫描探针显微镜)技术,包括STM、AFM、 EFM(静电力显微镜)、MFM(磁力显微镜)等,已发展成为商品。近年来，近 场光学显微镜、光子扫描隧道显微镜以及各种谱学分析手段与SPM技术相结合 的新型纳米测量技术已相继出现，推动了纳米测量学的发展。

二.对常规技术进行改造，使它们能适应纳米测量的需要。 传统的分析技术 (包括离子束、光子束、电子束) 在纳米测量中有一定的 局限性，横向分辨率和纵向分辨率都需进一步地改进.

下图示出了各种微束分析手段适用的范围.

从上图不难看出，位于左上方的分析手段完全适合纳 米尺度的测量，这包括原子探针场离子显微镜(APFIM)、 扫描电子显微镜/俄歇电子谱仪(SEM/AES)、二次离子质 谱仪(SIMS)、激光微探针质谱仪(LMMS)、分析电子显微 镜(AEM)、电子衍射谱仪(EDS)、电子能量损失谱仪 (EELS)、扫描电子显微镜/电子探针x射线微区分析 (SEM/EP—MA)、近场扫描光学显微镜(NSOM)、紫外/可 见光荧光谱仪(UV/V-FM)、微拉曼谱仪(µRS)、傅里叶变 换红外谱仪(FTIR)。这些纳米测量技术都经过对常规测量仪器进行改造并 适当地组合而成。

对纳米微粒颗粒度、形貌、比表面和结构的分析技术，目前日趋成熟.主要分析技术和手段有 TEM 、 HREM 、 STM 和

AFM.HRSEM用于颗粒度和其分布分析，分析手段还有 XRD、RS、

穆斯堡尔谱仪、比表面测试仪、Zeta电位仪以及建立在动态光散射和悬浮液中纳米微粒沉降基础上发展起来的纳米粒子粒径 分布仪等已得到普遍应用.

第二节 纳米测试技术的展望当前，纳米科技作为21世纪信息革命的核心，普遍受到

世界各国的重视，发达国家如美国、日本和西欧纷纷制定纳米科技的战略规划，纳米测量是其中的重要组成部分。 下面仅就纳米测量技术未来的发展目标、纳米测量仪器 的水平进行概括地介绍。

超薄层面及横向纳米结构的分析纳 米 测 量 技 术

电子与光子束分析技术质谱分析技术 显微分析技术 扫描探针技术 纳米表面的测量技术

一、超薄层面及横向纳米结构的分析1、定位 超薄薄膜在未来的纳米器件中占有重要的地位，对横向纳

米结构进行定量化分析在纳米技术领域占有突出的地位.2、分析技术特点 这种新的分析技术，它是以STM为基础衍生出来的新技术， 它不但可作为“纳米工具”用于层面的专门修整，也可以作为 纳米分析工艺，因此它同时可以确定原子和亚微米尺寸范围的

层面结构的几何排列和电子排列形式.

3、研究在未来应着眼于的几个方面(1) 应用低能电子和离子源进行显微分析； (2) 对陶瓷表面、聚合物薄膜以及纳米成分薄膜进行分析； (3) 对常规微束分析进行改造，与SPM组装到一起用于纳米 测量; (4) 对分析结果做到定量化，这是SPM系列衍生技术中追求 的目标;

(5) 在加工过程中对纳米元件进行原位测量；(6) 利用显微电子成像技术对超光滑 …… 此处隐藏：851字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……