激光聚焦式测头在纳米计量系统中的研究与应用

摘要

纳米技术一直被众人认为是新世纪最重要的科学技术之一，而它将会引导一场新的工业革命。作为一门新兴的交叉学科，它涉及机械、光学、电子、信息、物理、化学、材料、制造、生物等多学科，所以它的发展也必定能促进这些学科的发展。
　　纳米几何量计量技术不同于纳米技术，作为一种计量技术，它必须具有以下几个特性：1)量值溯源性;2)由计量系统构成的参考坐标系;3)可复现的相对于参考坐标系的计量和测量活动;4)通过探测系统将被测物与参考坐标系联系起来。由上可见，激光聚焦式纳米计量系统的关键便是其探针系统与具有量值溯源性的坐标定位系统。
　　本文主要工作就是围绕搭载了激光聚焦式测头的纳米测量机展开一系列的测量与计量实验。通过对该系统在测量过程中出现的各种现象的研究，在测量对象的选择、测量异常情况的规避以及测量误差的评定方法等方面对系统的测量性能做了进一步的诠释。
　　首先针对激光聚焦式测头与纳米定位机的组成结构原理进行详细的分析，在剖析纳米定位机的微动平台结构与电气单元系统控制处理数据原理的同时，通过对测头四象限光电传感器聚焦信号发生器工作原理的分析以及其工作特性曲线的详细解析，得出激光聚焦式测头与纳米定位机配合组成的纳米测量机的具体测量性能。然后对二者组成的激光聚焦式纳米计量系统在量值溯源系统中的作用进行定位，并同时对各个测量过程中可能的误差来源展开讨论。
　　其次，在实际测量实验过程中，本文对激光聚焦式测头中产生的各种测量现象进行了详尽的分析，针对扫描异常现象、激光反射率、折射率导致测量偏差以及蝠翼效应等现象进行了深入讨论与研究，其中利用MATLAB编程实现对蝠翼效应影响范围的测量与评定。并依此给出激光聚焦式纳米计量系统的适用对象，评述了该系统的计量性能和应用范围。
　　最后本文进行了一系列的计量实验，依据国际标准，建立了台阶评价的数学模型，利用最小二乘法回归方程求解台阶高度，以MATLAB编程实现回归线性方程组的求解，并对一维栅格与二维栅格的偏转角度计算提出了有效的测量与验证方法。最后以180nm基准台阶样板为例，展开详细的测量不确定度的评价，通过国际比对EN估值法对测量不确定度的评价进行评定，结果优秀。

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第一章 绪论

§1.1 纳米科技国内外发展动态

§1.2 纳米计量与量值溯源

§1.3 激光聚焦纳米测量方法的发展

§1.4课题研究意义及主要内容

第二章 激光聚焦式纳米计量系统的原理与构成

§2.1 激光聚焦式纳米计量系统的构成原理

§2.2激光聚焦式纳米计量系统的软件分析

§2.3 激光聚焦式纳米计量系统的计量性能

§2.4本章小结

第三章 激光聚焦式测头的测量性能

§3.1激光聚焦式测头与纳米定位机的配合

§3.2激光反射率、折射率对测量性能的影响

§3.3激光聚焦光斑对测量结果的影响

§3.4本章小结

第四章 激光聚焦式纳米计量系统的测量不确定度评价

§4.1台阶、栅格的测量评价方法

§4.2测量不确定度来源分析

§4.3测量不确定度评价

§4.4本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

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