Окрепилов В. - Стандартизация и метрология в нанотехнологиях (1027504), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Решение проблем метрологического обеспечения нанотехнологий не ограничивается совершенствованием эталонов, требуется модернизация существующего и создание более современного, отвечающего новым задачам поверочного оборудования, а также разработка нормативных документов на методы и средства поверки средств измерений, применяемых в наноиндустрии и других областях использования нанотехнологий, на методики выполнения измерений в связи с развитием нанотехнологий. Первоочередной задачей в области нанотехнологий является измерение геометрических параметров нанообъектов, что требует обеспечения единства измерений прежде всего в области линейных измерений в нанометровом диапазоне [81, 82, 112[.
Но однако следует сказать, что вопросы обеспечения единства измерений также важны при измерении физико-химических параметров и свойств нанообъектов, таких как механические, оптические, электрические, магнитные, акустические и др. Обеспечение единства измерений физико-химических параметров и свойств нанообъектов требует привязки к эталону, воспроизводящему единицу данной физической величины, и при этом в области нанотехнологий требуется обязательная привязка к эталону единицы длины. Как уже говорилось, при исследовании новых физических явлений и свойств„возникающих при нанометровых размерах, требуется умение проводить измерения физических параметров очень малых объектов. для практической нанометрологии важное значение имеет разработка стандартов на методики выпоянения измеРений параметров нанообъектов и нанопрсцессов, Иетодик повеРки и Разработка контрольных (калибровочных) образцов (мер), позволяющих обеспечить калибровку при „еьгьгх в нанотехнологиях измерительной аппаратуры, а так: е р работка и тестирование программного обеспечения при проведении калибровки в нано- метрологии (рис.
59). Калибровочные образцы (меры) важные элементы всех измеРительных нанотехнологий, 8 „б жИЫе пРоизвоДители измерительной аппаратуры„применяемой в наноиндустрии, обеспечивают аппаратуру собственными бровочнымн образцами (мерами), по этой причине результаты полученные в одной и той же среде с использованием одних и тех же измерительных технологий после калибровки оборудования по разным калибровочным образцам (мерам) могут различат~ .я, По этой причине специалисты по наноь4етрическим измерению4 Евросоюза выступили с шпщиативой сгруппировать многие из имеющихся калибровочных образцов (мер) и провести их исследо ванна с целью определения их параметров (Характеристик) [137[. Таким образом, в области нанот „„огий существует не только потребность в измерительных инструмеитах и технологиях„но и в устройствах для калибровки применяеьгого оборудования, и в разработке стандартов на методики вьшолиения измерений и методики поверки.
Актуальность опережающего разв~~ии измерительных возможностей в связи с интенсивным внедрением новых наукоемких технологий и их метрологическом обеспечении подтверждает доклад Национального института стаыдартов и технологий США (Х18Т), 2007 г., содержащий оценку системы измерений США и оценки преграды, сдерживающих внедрение инноваций и повышение конкурентоспособности на МиРовом Рынке современных технологий [70[.
Результаты оценки сводятся к сле7 ютиему: — основным препятствием на пу инноваций практически во всех сферах экономики, медицивы авоохранения, обороны, 148 149 Й 5 $ Е о й й~ 3 М Й 3 4 о экологии в США является недостаточная точность различных методов и средств измерений; — практически во всех новых технологиях сдерживающим их развитие фактором служит отсутствие точных и чувоввительных датчиков различных величин, необходимых для реализации мониторинга процессов и создания систем управления не только новыми технологическими процессами„но и условиями окружающей среды; — овсутствиеэталояовдля оценки качества создаваемыхтехнологий, включая недостаточные совместимость и взаимодействие программного и аппаратного обеспечения устройств управления разрабатываемых технических средств служат барьером для инноваций во многих развивающихся технологиях.
Сделанные Х1БТ выводы о состоянии и потребности системы измерений в значительной степени справедливы и для европейских стран и России. Таким образом, обеспечение единства измерений в нанотехнологиях: ао-лервых — это эталоны физических величин и эталонные установки, а также стандартные образцы состава, структуры и свойств для обеспечения передачи размера единиц физических величин в нанодиапазоне; во-вторых, это аттестованные или стандартизованные методики измерений физико-химических параметров и свойств обьектов нанотехнологий, а также методики калибровки (поверки) самих средств измерений, применяемых в нанотехнологиях; в-третьих, это метрологическое сопровождение самих технологических процессов производства материалов, структур, объектов и иной продукции нанотехнологий. В последние годы, в связи с осознанием стратегических и экономических преимуществ использования нанотехнологий в промышленности, в наиболее развитых странах, наряду с программами развития нанотехнологий, выполняются программы работ по метрологическому обеспечению измерений в этой отрасли, Так, например, в Национальном бюро стандартов и технологий Х1$Т (США) осуществляется проект под названием «Нано- метрическая программа по материаловедению» 170), В рамках этой программы проводятся исследования по разработке измерительных технологий, проводятся сличения, осуществляется стандартизация и тестируются методы калибровки.
Для обеспечения особых условий окружающей среды на территории Х18Т в Гейтерсберге завершено строительство специальной модернизированной измерительной лаборатории. В РТВ (Германия) проблемы нанометрологии возложены на отделение точного машиностроения. Ведутся работы по разработке сканирующих количественных микроскопических датчиков, необходимых для решения размерных и иных измерительных задач с неопределенностями до субнанометрических значений. В Национальной физической лаборатории ХР1. (Великобритания) проблемами нанометрологии занимается отделение размерной и оптической метрологии, Для обеспечения высокоточной калибровки датчиков перемещения в субнанометровом диапазоне в ХР1, разработан комбинированный оптико-рентгеновский интерферометр.
Национальное Бюро метрологии и Национальная испытательная лаборатория Франции ведет разрабопсу эталонного средства измерений, способного измерять длины трехмерных объектов с нанометровыми неопределенностями. Реализация этого проекта позволит в ближайшие годы удовлетворить имеющиеся потребности в метрологическом обеспечении нанотехнологий.
Для координации работ европейских метрологических институтов и для удовлетворения потребностей промышленности в ЕВРОМЕТ разработан проект под названием «Инициатива ЕВРОМЕТ по нанометрологии», В России создан определенный научно-технический задел в области метрологического обеспечения нанотехнологий: разрабатываются и поставляются на внутренний и внешний рынки ряд измерительных атомно-силовых микроскопов [159]. Для калибровки измерительных атомносиловых (АСМ) и растровых электронных микроскопов (РЭМ), являющихся одними из основных инструментов в нанотехнологиях, разработаны эталоны сравнения — линейные меры, позволяющие существенно повысить точность и достоверность измерения наноперемещений и геометрических параметров наноразмерных объектов.
Разработаны соответствующие методики калибровки и поверки АСМ и РЭМ, которые нашли отражение в пяти стандартах. Разрабатываются эталонные спектрорадиометрические комплексы для контроля параметров процессов нанофотолитографии с использованием синхротронного излучения на накопительном кольце «Сибирь». В области метрологического обеспечения наноиндустрии точные, достоверные и прослеживаемые измерения являются основой обеспечения успешного и безопасного развития нанотехнологий, а также доказательной базой для оценки и подтверждения соответствия продукции наноиндустрии 118, 19), Предметом измерений в сфере наноиндустрии являются геометрические параметры, структура, состав и физико-химические свойства нанообьектов.
Пути развития и эффективность системы обеспечения единства измерений параметров нанообьектов зависят от того, насколько эффективно работает механизм постоянного изучения измерительных задач, а также проводится анализ измерительных и калибровочных потребностей в сфере нанотехнологий, сопоставления их с имеющимися калибровочными возможностями, выработки обоснованных требований к эталонной базе, системе эталонных мер, необходимости разработки новых методик выполнения измерений, испытаний, поверки и калибровки средств измерений. Значительный объем работ предстоит выполнить в области создания эталонных мер и тест-объектов, а также системы изготовления и аттестации стандартных образцов состава и свойств наноматериалов, роль которых в последнее время неизмеримо возрастает.
Крайне важно также отработать систему своевременной разработки, аттестации и внедрения гармонизированных унифицированных методик выполнения измерений, поверки, калибровки и испытаний высокоточных средств измерений, чтобы они не становились «метрологическими барьерами» на пути внедрения инновационных технологий в сфере наноиндустрии. 150 151 Основные проблемы системы обеспечения единства измерений в наноиндустрии: — не определены приоритетные направления развития нано- технологий и нанопродукции„что в свою очередь не позволяет сформулировать приоритетные измерительные задачи и решить, какие эталоны после их модернизации можно использовать в сфере нанотехнологий, а какие необходимо создавать заново; — отсутствуют четкие и систематизированные требования к точности и динамическим диапазонам средств измерений в нанометрологии; — необходимость во многих практических случаях совмещать измерительные и технологические процессы и, как следствие, объединять и измерительное и технологическое оборудование в единый технологический комплекс; — высокая стоимость импортного контрольно-измерительного оборудования, ограниченная номенклатура отечественного оборудования и слабая оснащенность лабораторий и технологических участков предприятий и организаций, занятых в сфере нанотехнологий; — недостаточное количество аттестованных методик выполнения измерений, а также методик поверки, калибровки и испытаний средств измерений, соответствующих международным требованиям в сфере нанотехнологий, Пути развития национальной системы измерений и эффективность ее функционирования будут зависеть от того, насколько эффективно будет работать механизм постоянного изучения измерительных задач, а также анализа измерительных и калибровочных потребностей в сфере нанотехнологий, сопоставления их с имеющимися калибровочными возможностями, выработки обоснованных требований к эталонной базе, системе эталонных мер и стандартных образцов и разработки новых методов выполнения измерений, испытаний, поверки и калибровки средств измерений.
Учитывая особую сложность и специфичность процессов измерений в наноиндустрии, необходимо осуществить поиск, исследование и внедрение новых физических явлений, технологий и принципов, способных обеспечить научный прорыв при создании эталонов нового поколения для ключевых направлений научно-технического прогресса. В России уже сделаны определенные шаги в этом направлении. Принята «Стратегия обеспечения единства измерений в России на 2003-2010 годы и до 2015 года».
Согласно ей, индустрия наносистем и материалов является приоритетной отраслью экономики и ее метрологическое обеспечение должно носить опережающий характер. Как указано в Стратегии, программой «Эталоны России» в первоочередном порядке запланировано создание новых и совершенствование существующих государственных первичных эталонов в составе эталонных комплексов. Будут усовершенствованы государственные эталоны времени и частоты, единицы длины, единицы плоского угла, единицы теплопроводности и температурного коэффициента линейного расширения твердых тел (с расширением температурного диапазона измерений от 1800 до 3000 К). Для обеспечения линейных измерений в нанометровом диапазоне утверждена программа «Создание эталонов единицы длины нового поколения в диапазоне 10 ' 10 4 м на 2007 — 2009 годы».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
