基于FPGA的多通道动态光散射自相关器的研制

为提高多角度动态光散射(MDLS)实验的测试效率与测量精度,开发了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的多通道动态光散射自相关器。该自相关器利用FPGA同时采集4个散射角度的光子脉冲信号,实现高频脉冲计数和自相关计算;设计双计数器模块保证高频无丢失计数,结合片内环形寄存区与片外DDR3芯片实现动态存储数据;提出multi-tau相关器结构设计自相关器的相关计算模块,通过USB通信模块传输自相关计算结果。该自相关器利用有限的FPGA内部硬件资源,实现了多通道自相关运算,解决了大量计数数据的存储问题,提高了MDLS实验的测试效率。利用自相关器对50~200 nm的聚苯乙烯颗粒进行MDLS实验,实验结果与样品的标称粒径表现出良好的一致性,表明该设计能有效地表征颗粒粒径信息。

基于音叉式AFM测量的软件控制研究

基于音叉式原子力显微镜(AFM)的基本原理,设计了一个幅度调制模式下的测量控制系统,该控制系统的主要实现功能为针尖接近、针尖工作点位置保持和样品的表面形貌测量。实验得到针尖在不同激励电压下的接近曲线,针尖分别在100 mV、200 mV、500 mV、1 V激励下,工作区间大小为4.7 nm、8.5 nm、12.1 nm、15.7 nm,灵敏度分别为0.0423 V/nm、0.0564 V/nm、0.0861 V/nm、0.0831 V/nm。实验得到针尖工作点位置保持过程中的纳米位移台位置变化曲线,针尖工作点的正向偏移值为2.3 nm,负向偏移值为1.3 nm。表面形貌测量采用X轴双向扫描模式,即在纳米位移台于X轴方向上的往返过程中分别测量1次表面形貌数据,对正向扫描和反向扫描的数据进行计算处理;正向扫描的间距误差为5.2 nm,高度误差为0.3 nm,反向扫描的间距误差为6.4 nm,高度误差为0.5 nm。

我国微纳几何量计量技术的研究进展

随着微纳技术中材料和器件关键尺寸的减小以及几何结构复杂性的增加,给微纳尺度的精确测量带来了新的挑战。微纳几何量计量技术主要是研究微纳尺度下测量量值的准确一致,并实现量值溯源到国际长度基本单位的科学。为保证微纳技术的领先优势,国外先进国家一直高度重视微纳几何量计量技术的研究。目前,我国在微纳计量领域已成功研制了多种微纳几何量计量标准装置,并初步建立了我国自己的微纳计量溯源体系。对我国现有的微纳几何量计量技术与计量标准装置进行了回顾和介绍,并对我国微纳计量的未来发展做出了展望。

用于纳米级三维表面形貌及微小尺寸测量的原子力显微镜

SPM是在纳米尺度上进行测量的重要的测量仪器之一 ,随着SPM进入工业测量领域 ,SPM的校准、量值溯源和测量不确定度分析已经成为SPM能够作为计量仪器使用的关键所在。文章论述了一种计量型原子力显微镜的构成、校准以及在国际比对中的应用。

纳米测量系统气体轴承瞬态研究

为了消除气体轴承固有纳米级微振动,需要研究气体止推轴承上气和排气的瞬态过程。应用流体力学方程,计算得到气体轴承的外特性。设计一个适用于气膜厚度为微米量级的气体轴承实验机构,进行不同负载下气体轴承上气和排气过程的实验。实验结果较好地验证了理论分析的合理性,上气过程随着负载的增加出现初速度不为零的阶跃过程,排气过程中气膜厚度的变化随压强的变化呈现三次函数关系。为下一步控制研究提供重要的理论和实践基础。

计量型原子力显微镜的非线性误差及轴间耦合误差的校准(英文)

本文研究了原子力显微镜的计量校准问题,建立了校准的数学模型,这个数学模型可以用于各种SPM的校准中。对于位移轴的非线性误差和耦和误差进行了校准,给出了校准后残余误差的测量结果。并对一块经过PTB检定的样板进行了测量,测量结果表明对于300nm的台阶高度,测量偏差平均为1.

大长径比台阶钨探针制备方法研究

研究了基于电化学腐蚀法的大长径比台阶钨探针针尖制备方法,该探针可用于针尖增强拉曼光谱测控系统。在实验室自主设计研制的包含电化学腐蚀控制电路的探针制备装置上,通过精密压电陶瓷控制探针腐蚀时间和位移,获得了长径比可控、重复性好的探针针尖;在此基础上,通过精确调节腐蚀过程中钨丝与液面的位置,制备了台阶探针针尖。

利用计量型原子力显微镜进行两维纳米格栅的测量

二维纳米格栅是纳米测量仪器的重要校准标准之一,也是国际计量局长度咨询委员会(BIPM/CCL)组织的五种纳米计量标准比对项目之一.计量院研制的计量型原子力显微镜在x,y,z三个方向固接有无阿贝误差布局的激光干涉仪,干涉仪的激光光源用碘稳频激光进行了校准,使得二维纳米格栅的测量结果可以直接溯源到米定义SI单位.使用高斯滤波器对测量数据进行了预处理,并研究了重心法二维格栅间距与夹角的计算方法.最后根据不确定度分析导则给出了格栅测量的不确定度评定分析.

纳米光栅栅距的精确测量与nano4国际比对

对Littrow衍射方法测量纳米光栅的基本原理、构造及其安装误差进行了分析研究，并利用所建立的测量装置参加了国际计量技术委员会长度咨询委员会组织的一维纳米光栅国际比对。比对结果证明了该测量系统具有优良的计量性能，能够用于纳米光栅栅距的检定校准。

纳米技术与纳米计量

对几种纳米技术进行了综述。纳米计量仪器由三大部分组成：位移系统、计量系统和探测系统，文中论述了这三个部分的现状及发展趋势。最后介绍了计量院的计量型原子力显微镜及兼容型扫描探针显微镜的特点和技术指标，并给出了测量实例。

纳米技术——人类社会发展过程中一个新的里程碑

有人预言 ,21世纪真正革命性的技术突破 ,将是生物工程和纳米(10 -9m)技术。纳米技术将广泛应用于信息、医药和新材料等领域 ,在未来的二十至三十年内 ,纳米技术将在三个方面对人类社会产生深刻的影响 :一、社会生产途径 ;二、人类生活方式 ;三。

纳米精度MEMS平面运动测量技术

为实现MEMS谐振器在周期运动过程中各个时刻的运动特性及其动态特性参数的纳米精度测量,提出了一种基于块匹配的最优根值亚像素运动估计测量方法.该方法在双线性插值细分技术基础上,将物体亚像素位移的定位转换为求解方程的最优根值的方式,通过最小均方差法获得物体运动位移的纳米级分辨力测量结果.该算法避免了传统算法中由于迭代所引起的大量运算.利用该算法对MEMS器件的运动历程做分析,得到特定驱动频率下MEMS器件的幅度-相位曲线.实验结果表明,采用该方法得到的平面位移测量分辨力为5 nm.

计量型原子力显微镜的位移测量系统(英文)

针对纳米结构表征和纳米制造的质量控制需要,中国计量科学研究院设计并搭建了一台计量型原子力显微镜用于纳米几何结构的测量。为了将位移精确溯源到国际单位米,研制了单频8倍程干涉仪测量位移,样品表面形貌则由接触式原子力显微镜测量。一个立方体反射镜与原子力显微镜的测头固定,作为干涉仪的参考镜。两个互相垂直的干涉仪用于测量样品与探针在x-y方向的相对位置。样品台置于具有三面反射镜的零膨胀玻璃块上,由压电陶瓷位移台驱动。另外两台干涉仪测量样品与探针在z方向的位移,探针针尖位于干涉仪光束的交点以减小Abbe误差。由于光学器件的缺陷产生的相位混合会引起非线性误差,采用谐波分离法拟合干涉信号来修正误差,修正后干涉仪测量误差减小为0.7nm。

毫米级纳米几何特征尺寸计量标准装置多自由度激光干涉计量系统

准确的纳米几何结构测量是提高集成电路、微纳机电系统和微纳技术产品的质量和性能的关键技术支撑,为了得到准确一致的测量结果,必须实现纳米尺度的量值溯源并建立量值的传递体系。为满足纳米几何结构计量从纳米尺度到毫米尺度的跨尺度计量需求,实验室研制了毫米级纳米几何特征尺寸计量标准装置,集成于该装置中的多自由度激光干涉计量系统,实现了测量结果向米定义SI单位的直接溯源。实验结果表明该系统能够在毫米级的测量范围内,实现纳米级的测量准确度,分辨力达到了亚纳米量级。

AFM扫描过程的模拟及针尖形状反求

纳米栅格和台阶等结构的线宽准确测量,是国内外计量领域的研究热点与难点。采用原子力显微镜(AFM)能获得上述结构的三维形貌信息,但其扫描图像却是探针针尖的形貌和被测样品表面的形貌共同作用的结果,这种作用往往导致线宽边缘测量失真。为了更加精确地获得样品的表面形貌特征,首先需要重建探针针尖形貌,进而从得到的扫描图像中尽可能地消除由探针形貌带来的失真影响。基于数学形态学的盲重建理论,利用Matlab对不同形状参数的探针针尖扫描台阶样品表面进行了仿真,评价了探针形状对扫描结果的影响,初步实现了基于真实粗糙测量表面的探针针尖形状重建。

微机械及纳米计量科学

简要介绍用于 MENs和微电子标准的纳米计量技术 ,并对其发展提出建议。

细颗粒物PM_(2.5)浓度测量及计量技术

介绍细颗粒物PM2.5浓度测量、测量仪器的量值溯源方法和标准装置、切割头切割特性的检测方法,以及检测用标准粒子的制备;研制PM2.5采样器切割头检测装置,制备粒径范围在1.0～4.0 μmm的用于PM2.5采样器切割头切割特性检测的系列标准粒子,对可吸入颗粒物测量仪量值传递方法和准确性检验方法进行研究.通过本研究工作,可以建立PM2.5测量的参考方法,实现对PM2.5测量结果的准确溯源,使得PM2.5的检测数据可溯源至质量标准.

微波氧燃烧样品前处理法在元素分析中的应用

微波氧燃烧法是近年来兴起的一种微波辅助绿色样品前处理方法。微波氧燃烧反应器结构和应用程序有助于燃烧完全和提高元素回收率。在引燃剂存在的条件下,样品与氧气在微波辐射下迅速发生燃烧反应,反应完毕后待测元素被吸收液回流吸收。吸收液可通过各种元素分析仪器(如AAS,ICP-OES,ICPMS,IC等)很好地检测出元素的种类、含量和价态等。该法适用样品范围广泛、绿色环保、反应时间短、反应后样品残留碳极低且元素的回收率高,可在很大程度上降低挥发性元素的损失。文中介绍了微波氧燃烧的基本原理、反应装置、引燃剂和吸收液、样品制备以及其在食品、生物、聚合物、地质、煤、原油以及碳材料等样品前处理的应用进展及前景,旨在对今后的研究提供更加有效的参考价值和意义。

双探针原子力显微镜视觉对准系统

传统的原子力显微镜(AFM)受针尖形状和放置方式的影响很难测量线条的宽度和两个侧壁的形状,故本文提出采用双探针对顶测量方案来消除AFM针尖形状对测量结果的影响。介绍了一种基于机器视觉的双探针原子力显微镜对准系统,该系统将两个探针接触到一起,实现了双探针在三维方向上的对准。系统采用具有亚微米级分辨率的镜头,配合高分辨率的CCD来获得探针的清晰图像,用于在水平和垂直两个方向实时监控双探针的运动情况。采用基于石英音叉式的自传感自调节的原子力探针,无需外加光学探测系统,缩小了系统体积,避免了杂散光对视觉对准系统的干扰。最后对针尖进行了亚像素边缘提取,精确地获取了探针之间的相对位置,实现了亚微米级的双探针对准(1μm以内)。该结论由探针之间距离与幅度/相位曲线得到了验证。

纳米、亚微米标准样板及SPM量值溯源

微电子及纳米技术的发展 ,对纳米、亚微米尺寸计量及仪器的量值溯源的要求越来越高。文中就建立这一量值溯源体系进行探讨 ,包括 :样板的研制、测量及比对、由仪器和测量方法引起差异的分析等 ,表明了建立纳米。