Сергеев А.Г. - Введение в нанометрологию (1027508), страница 46
Текст из файла (страница 46)
В зависимости от значения ожидаемого эффективного радиусазонда микроскопа r используют рельефную меру, для которойα2r≥ 1,5.(4.30)В соответствии с инструкциейпо эксплуатации микроскопа выполняют сканирование исследуемого элемента рельефной меры и записываютвидеоизображение.Рис. 4.10. ВидеопрофильВидеопрофиль, приведенный нарис. 4.10, соответствует элементу рельефа, изображенному на рис. 4.6.Значения параметров, указанных на рис. 4.10, определяют экспериментально путем обработки полученного видеопрофиля.При сканировании исследуемого элемента рельефной меры необходимо, чтобы наклон зонда микроскопа (если имеется) был расположен вплоскости, перпендикулярной к направлению перемещения зонда.
Наклонзонда должен быть не более 20°. При соблюдении дополнительного условия ортогональности вертикального перемещения зонда, регистрируемаякривая будет симметричной и AL = AR .Примечание: Если значения AL и AR не равны, то это указывает нанеортогональность вертикального перемещения зонда и необходимостьопределения значения отклонения Z -сканера поверяемого микроскопа поформуле (4.34).229Обработка результатов измерений1. Вычисление масштабного коэффициента видеоизображениямикроскопа m x вдоль направления сканирования по формулеmx =αAR, нм/пиксел,(4.31)где α − значение проекции наклонной стенки выступа, приведенное впаспорте (формуляре) на рельефную меру, нм;AR − значение проекции наклонной стенки рельефной меры, измеренное по видеопрофилю, пиксел.Примечание: При вычислении масштабного коэффициента видеоизображения используют значение проекции наклонной стенки AR , соответствующее движению сканера от вершины выступа к дну канавки.
Этозначение при выполнении условия поверки не зависит от угла наклоназонда микроскопа.2. Эффективный радиус острия зонда микроскопа r определяюткакr = 0,966 (m x B p − b p ),нм,(4.32)где B p − ширина нижнего основания, измеренная по видеопрофилю, пиксел;bp− ширина нижнего основания выступа, приведенная в паспорте(формуляре) на рельефную меру, нм.3. Цену деления вертикальной шкалы микроскопа находят какmz =h,Hнм/пиксел,(4.33)где h − высота выступа, приведенная в паспорте на рельефную меру, нм;H − высота выступа рельефной меры, измеренная по видеопрофилю,пиксел.4.
Вычисление относительного отклонения Z -сканера микроскопа от ортогональностиЕсли значение AL не равно AR в пределах заданной точности измерений, то относительное отклонение Z -сканера микроскопа от ортогональности по отношению к направлению сканирования Z x (безразмерная величина) вычисляют по формуле230Zx =mx ( AL − AR )2 H mz(4.34)где AL , AR − проекции наклонных стенок рельефной меры в направлениислева направо, пиксели.Результаты поверки оформляют в виде свидетельства установленнойформы, соответствующей записью в паспорте (формуляре) на микроскоп инанесением оттиска поверительного клейма по формам, установленным вПР 50.2.006-94 и ПР 50.2.007-2001.
На оборотной стороне свидетельства оповерке и в паспорте (формуляре) на микроскоп должны быть указанызначения масштабного коэффициента видеоизображения микроскопа m x ,цены деления вертикальной шкалы микроскопа mz , значения относительного отклонения Z -сканера микроскопа от ортогональности по отношениюк направлению сканирования Z x , а также значение эффективного радиусаострия зонда r .4.4.2. Калибровка АСМТребования к условиям проведения калибровки АСМ, к квалификации калибровщиков, к обеспечению безопасности, а также подготовка к процедуре калибровки аналогичны тем же параметрам при поверке по разделу 4.4.1.Для калибровки микроскопа выбирают необходимую рельефную меру, сечение выступа которой приведено на рис. 4.6. В качестве исследуемого элемента используют выступ, для которого в паспорте (формуляре)на меру приведены значения проекции боковой грани выступа на плоскость нижнего основания α , ширины нижнего основания выступа b p , высоты выступа h .
В зависимости от ожидаемого значения эффективного радиуса зонда микроскопа r используют рельефную меру, удовлетворяющую условию (4.30), т.е. (α / 2r ) ≥ 1,5 .Требования к неопределенности измерений параметров, определяемых в процессе калибровки, заключаются в том, что:• суммарная стандартная неопределенность измерения масштабногокоэффициента видеоизображения микроскопа m x должна быть не более0,01 нм/пиксел;• суммарная стандартная неопределенность измерения цены делениявертикальной шкалы микроскопа mz должна быть не более 0,01 нм/пиксел;231• суммарная стандартная неопределенность измерения эффективногорадиуса острия зонда микроскопа r должна быть не более 1 нм;• суммарная стандартная неопределенность измерения относительного отклонения Z -сканера микроскопа от ортогональности Z x должна бытьне более 0,05.Калибровку микроскопа проводят с помощью рельефной меры нанометрового диапазона (далее – рельефная мера), изготовленной по ГОСТР 8.628 и поверенной по ГОСТ Р 8.629.В качестве вспомогательного оборудования применяют оптическиймикроскоп с увеличением не менее 400х.
Допускается применять другиесредства калибровки, точность которых соответствует требованиям настоящего стандарта.Устройство регистрации видеоизображения настраивают таким образом, чтобы число пикселей в направлении сканирования было достаточным для того, чтобы можно было пренебречь значением неопределенности, обусловленным квантованием видеосигнала. Это достигается выборомсоответствующих размеров изображения в пикселах и увеличения микроскопа. Выбор увеличения осуществляют таким образом, чтобы видеопрофиль элемента, изображенного на рис.
4.6, имел вид, приведенный нарис. 4.10. При этом:• ширина нижнего основания видеопрофиля B p должна быть неменее 0,4 общей длины видеопрофиля;• проекция наклонной стенки видеопрофиля AR и высота выступапо видеопрофилю H должны быть не менее 200 пикселей.Значения параметров, указанных на рис. 4.10, определяют экспериментально путем обработки полученного видеопрофиля.При сканировании исследуемого элемента рельефной меры необходимо, чтобы наклон зонда микроскопа (если имеется) был расположен вплоскости, перпендикулярной к направлению перемещения зонда.
Наклонзонда должен быть не более 20°. При соблюдении дополнительного условия ортогональности вертикального перемещения зонда регистрируемаякривая будет симметричной и значение AL будет равно AR .Примечание: Если значения AL и AR не равны, то это указывает нанеортогональность вертикального перемещения зонда и необходимостьопределения значения отклонения Z -сканера калибруемого микроскопа.232Результаты измерений параметров рельефной меры, приведенных нарис. 4.10, оформляют в виде протокола калибровки.
Форма протокола −произвольная. Протокол с результатами калибровки должен храниться какминимум до следующей калибровки микроскопа.Обработка результатов измерений1. Вычисление масштабного коэффициента видеоизображениямикроскопа производится по формуле (4.31).2. Вычисление эффективного радиуса острия зонда микроскопаосуществляется по формуле (4.32).3. Вычисление цены деления вертикальной шкалы микроскопа –по формуле (4.33).4.
Вычисление относительного отклонения z-сканера микроскопа от ортогональности – по формуле (4.34).Оценка неопределенности измерений параметров1. Суммарную стандартную неопределенность u c (m x ) , нм/пиксел,измерения масштабного коэффициента видеоизображения микроскопа m xвычисляют по формуле⎛ u (α ) ⎞ ⎛ u ( AR ) ⎞⎟⎟ ,u c (m x ) = ⎜⎟ + ⎜⎜⎝ α ⎠ ⎝ AR ⎠2гдеmx −2масштабный коэффициент видеоизображения микроскопа,нм/пиксел;u (α ) − стандартная неопределенность измерения проекции наклоннойстенки выступа, приведенная в паспорте (формуляре) на рельефную меру,нм;α − проекция наклонной стенки выступа, приведенная в паспорте(формуляре) на рельефную меру, нм;u ( AR ) − стандартная неопределенность измерения проекции наклонной стенки выступа рельефной меры AR , пиксел;AR − проекция наклонной стенки выступа рельефной меры, измеренная по видеопрофилю, пиксел.Примечание: Если в паспорте (формуляре) на рельефную меру приведена абсолютная погрешность измерения проекции наклонной стенки233выступа, то вычисление u (α ) осуществляют по [7].
При равномерном квантовании видеосигнала значение u ( AR ) принимают равным 0,5 пиксел.2. Суммарную стандартную неопределенность u c (m z ) , нм, измеренияцены деления вертикальной шкалы микроскопа mz вычисляют по формуле⎛ u (h ) ⎞ ⎛ u (H ) ⎞u c (m z ) = m z ⎜⎟ +⎜⎟ ,⎝ h ⎠ ⎝ H ⎠22где mz − цена деления вертикальной шкалы микроскопа, вычисленная по9,3, нм/пиксел;u (h) − стандартная неопределенность измерения высоты выступа, приведенная в паспорте (формуляре) на рельефную меру, нм;h − высота выступа, приведенная в паспорте (формуляре) на рельефную меру, нм;u (H ) − стандартная неопределенность измерения высоты выступарельефной меры по видеопрофилю, пиксел;H − высота выступа рельефной меры, измеренная по видеопрофилю,пиксел.Примечание: Если в паспорте (формуляре) на рельефную меру приведена абсолютная погрешность измерения высоты выступа, то вычисление u (h) осуществляют по [7].
При равномерном квантовании видеосигнала значение u (H ) принимают равным 0,5 пиксел.3. Суммарную стандартную неопределенность u c (r ) , нм, измеренияэффективного радиуса острия зонда микроскопа r вычисляют по формулеu c (r ) = 0,996 u c2 (m x ) B p2 + u 2 (B p ) + u 2 (b p ),где u c (m x ) − суммарная стандартная неопределенность измерения масштабного коэффициента видеоизображения, нм/пиксел;B p − ширина нижнего основания, измеренная по видеопрофилю, пиксел;u (B p )− стандартная неопределенность измерения ширины нижнегооснования B p по видеопрофилю, пиксел;u (b p )− стандартная неопределенность измерения ширины нижнегооснования выступа, приведенная в паспорте (формуляре) на рельефнуюмеру, нм.Примечание: Если в паспорте (формуляре) на рельефную меру приведена абсолютная погрешность измерения ширины нижнего основания234выступа, то вычисление u (b p ) осуществляют по [7].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
