Метрология в нанотехнологиях (1027620), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Хотя анализ светового излучения из нанокристаллов или объемной среды в основном проводится на основе фотолюминесцентных экспериментов, большинство светоизлучающих приборов зависят от электролюминесцентных свойств веществ. Электролюминесценция может отличаться от фотолюминесценции процессом электризации. В то время как при исследовании фотолюминесценции создание и рекомбинация диад-электронных вакансий происходит посредством оптического намагничивания вещества, при измерении электролюминесценции электрическая энергия облучает носители (137). Система измерения электролюминесценции такая же, как и фототюминесценции с одной дополнительной электрической системой измерения, показанной на рис.
58. Система позволяет Рис. 58. Устройства, донолннюиеие с7ютолюминес центную систему длн измерение электролюминесценции проводить исследование как при комнатной, так и криогенной температуре. Передняя часть криостата присоединяется к трехмерному позиционирующему устройству для регулировки и имеет оптическое окно лля пропускания излучаемого света и монохроматор. Электролюминесцентная спектроскопия является полезным и важным средством электронного исследования электронных устройств в нанометричсском диапазоне. Это позволяет исследователям понять механизмы светоизлучения в приборах, основанных на нанокристаллах.
Приборы, позволяющие проводить измерения физических величин в нанометровом диапазоне, использующие вьппеизложенные методы измерений, существуют несколько десятилетий. Ими оснащены национальные метрологические институты стран с наиболее развитыми нанотехнологическими направлениями— Национальный институт стандартов и технологий 19!ЯТ (США), Национальная физическая лаборатория — )чРЕ (Великобритания), Физико-технический институт — РТВ (Германия), Национальный метрологический институт — ЕЖЕ (Франция) [701 Оснащение данных лабораторий включает в себя ряд приборов, позволяющих проводить измерения физических величин в нанометровом диапазоне. К ним относятся сканирующие электронные микроскопы (СЭМ), просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ), сканирующие туннельные микроскопы (СТМ)» атомно-силовые микроскопы (АСМ), микроскопы ближнего поля, конфокальные микроскопы, интерференционные микроскопы и ряд других приборов обеспечивающих наивысшее разрешение по измеряемым физическим величинам при нанометровых размерах исследуемого объекта.
Однако в процессе исследований различных наноструктур возникло понимание, что для решения задач обеспечения единства измерений параметров наноструктур данной приборной базы недостаточно. Возникла необходимость значительно повысить точность измерений и увеличить количество измеряемых параметров. Поскольку пока не разработано приборов, основанных на новых физических принципах, повышение точности приборов 142 приведенных выше достигается за счет увеличения стабильности параметров окружающей среды, обеспыливания, всесторонней защиты от различных внешних воздействий. Получение информации о различных физических параметрах нанообъекта во многих случаях может быть достигнуто только путем одновременного измерения ряда физических параметров.
Поскольку при переносе объекта от одного прибора к другому ряд его свойства могут существенно измениться. Это привело к созданию комбинированных приборов, позволяющих, например, без выноса образца в атмосферу исследовать один и тот же участок образца методами сканирующей электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии, ближнепольной оптической микроскопии, дифрактометрии, поляриметрии ит.д. Приборы подобного типа разработаны и использузотся в Национальной физической лаборатории.
Например, оптико-рентгеновский интерферометр и атомно-силовой микроскоп в комбинации с рентгеновским интерферометром. Ввиду того, что появляется большое количество наноструктурированных материалов с новыми свойствами, количество нормируемых параметров, требующих проведения измерений постоянно возрастает.
Также возникает необходимость создавать стандартные образцы новых наноструктурированных материалов и аттестовывать их. Поэтому для создания и исследования новых свойств нанострукутрированных материалов необходимо иметь возможность проводить изготовление таких материалов, а также оказывать на них различные воздействия в процессе измерений. Этим требованиям соответствует измерительно-технологическая установка высшей точности для создания и исследования нанострукугур, созданная в Х1ЯТ (США).
Данная установка считается одном из наиболее совершенных инструментов для исследований нанострукгурированных материалов. Ддя повышения достоверности регистрации параметров нанобъекта его исследование осуществляется непосредственно сразу после изготовления, причем транспорт объекта из технологической камеры в измерительную осуществляется с помощью специального робота в сверхвысоком вакууме. Это позволяет, например, в течение нескольких часов исследовать свойства поверхности свободной от газового монослоя.
В России (г. Зеленоград — Центр российской микроэлектроники) в 1989 г. была организована компания «НТ-МДТ», которая разработала научно-технологический комплекс на базе платформы «НаноФаб 100» для научно-исследовательских лабораторий, который является аналогом упомянутой установки, созданной 1~ПЯТ.
Научно-технологический комплекс «НаноФаб» обеспечивает создание и измерение образцов в сверхвысоком вакууме [159). 3.3. Метрологическое обеспечение измерений в нанотехнологиях В гл. 2 приведены основные методы и средства измерений, применяемые в настоящее время лдя количественной оценки основных свойств и характеристик нанообъектов и обладающее высоким разрешением. Как уже отмечалось, приборы для измерения физических величин в нанометровом диапазоне существуют достаточно давно, метрологическое обеспечение разработано и исследовано недостаточно. При этом в метрологическом обеспечении нуждаются как сам технологический процесс создания новых наноструктур, так и измерения параметров создаваемых наноустройств, а также измерения характеристик материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами.
Особую задачу представляют съем и обработка измерительной информации с устройств столь малых размеров, обеспечение достоверности и метрологической надежности измерений, выполняемых при этом [70]. Однако в области нанотехнологий существует потребность не только в измерительных инструментах и технологиях, но и в калибровочных мерах и обеспечении прослеживаемости (привязки) к эталонам. Новые характеристики и возможности изделий наноиндустрии и свойств наноматериалов, создаваемых в результате приме- 144 145 147 146 ааапп нения нанотехнологий, предъявляют особые требования не только к применяемым средствам измерений, но и их метрологическому обеспечению. Зтн средства нзмеренай должны обладать новыми функциональными возмолпюстямп, расширенными диапазонами измерений и повьппенной точяостью (например, точность измерения длины должна возрасти в 10-15 раз), что ужесточает требования к уровню обеспечениа единства измерений в стране.
В первую очередь это относится к точности, диапазонам измерений и функциональным возможностям первичных эталонов и обусловливает необходимость их совершенствования, а также, возможно, и создания новых, исходных эталонов. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
