Введение
1. Методы измерения геометрических размеров рельефа поверхности в микро- и нанометровом масштабе 13
1.1.Оптическая микроскопия 14
1.2. Электронная микроскопия 15
1.3. Сканирующая зондовая микроскопия 16
1.4. Устройства сканирования зондовых микроскопов с субнанометровым разрешением 18
1.5. Емкостные датчики 20
1.6. Индуктивные датчики перемещения 21
1.7. Оптические датчики перемещений 22
1.8. Метрологическое обеспечение измерений в сканирующей зондовой микроскопии 23
1.9. Лазерные интерферометры 24
1.10. Гомодинные интерферометры для метрологического обеспечения зондовой микроскопии 27
1.11. Гетеродинные интерферометры для метрологического обеспечения зондовой микроскопии 34
1.12. Выводы к Главе 1 41
2. Разработка трехкоординатного гетеродинного интерферометра для метрологического обеспечения сканирующих зондовых микроскопов 42
2.1. Сканирующий зондовый микроскоп нанотвердомер «НаноСкан» 42
2.2. Разработка трехкоординатного гетеродинного интерферомера для метрологического обеспечения СЗМ «НаноСкан-ЗБІ» 44
2.3. Разработка трехкоординатного гетеродинного интерферометра для СЗМ Наноскан-3D 45
2.3.1. Разработка оптической схемы трехкоординатного гетеродинного интерферометра 45
2.3.2. Разработка фазометра трехкоординатного гетеродинного лазерного интерферометра 48
2.4. Исследование источников погрешности измерений трехкоординатного гетеродинного интерферометра 55
2.4.1. Фундаментальные погрешности интерференционных измерений перемещений 56
2.4.1.1. Методы стабилизации длины волны генерации лазера- 56
2.4.1.2. Оценка шумов фоторегистрации гетеродинного интерферометра 59
2.4.1.3. Влияние доплеровского сдвига частоты на измерения гетеродинного интерферометра 60
2.4.2. Влияние факторов внешней среды на ошибки измерений лазерным интерферометром 61
2.4.3. Геометрические погрешности измерений перемещений лазерным интерферометром 2.4.3.1. Неортогональность осей интерферометра 67
2.4.3.2. Ошибка Аббе 68
2.5. Исследование метрологических характеристик гетеродинного лазерного интерферометра 71
2.5.1. Измерение параметров элементов рельефа тестовых структур типа TGZ 72
2.6. Выводы к Главе 2 76
3. Разработка трехкоординатного гетеродинного интерферометра для государственного первичного специального эталона единицы длины в области измерений параметров шероховатости 78
3.1. Разработка оптической схемы трехкоординатного гетеродинного интерферометра 79
3.2. Исследование источников погрешности измерений трехкоординатного интерферометра 83
3.3. Технические средства для устранения акустических и сейсмических шумов 86
3.4. Государственный первичный специальный эталон единицы длины в области измерения параметров шероховатости 88
3.5. Исследование характеристик динамической меры геометрических размеров для калибровки сканирующих микроскопов
3.5.1. Динамические меры геометрических размеров 90
3.5.2. Исследование рабочих характеристик динамических мер трехкоординатным гетеродинным интерферометром 92
3.6. Выводы к Главе 3 97
4. Разработка гетеродинного лазерного интерферометра для измерения геометрии наконечников зондов нанотвердомеров 98
4.1. Методы измерений твердости материалов 98
4.2. Разработка трехкоординатного гетеродинного интерферометра для измерения геометрии наконечников зондов нанотвердомеров
4.2.1. Оптический блок трехкоординатного гетеродинного интерферометра 100
4.2.2. Разработка оптоволоконной системы транспортировки лазерного излучения к оптическому блоку интерферометра 105
4.2.3. Разработка стойки управления трехкоординатным гетеродинным интерферометром 106
4.3. Исследование метрологических характеристик трехкоординатного гетеродинного интерферометра для измерения геометрии наконечников зондов нанотвердомеров 107
4.3.1. Влияние внешних факторов на ошибки измерений 108
4.3.2. Ошибка Аббе 110
4.4. Метрологический СЗМ с трехкоординатным интерферометром для измерения функции наконечников нанотвердомеров 111
4.5. Методики определения геометрических характеристик наконечников зондов нанотвердомеров 114
4.5.1. Процедура определения функций площади поверхности наконечника нанотвердомеров 115
4.5.2. Процедура определения радиуса закругления и углов при вершине наконечника нанотвердомеров 116
4.6. Измерение геометрических параметров зонда нанотвердомера при сканировании тестовых структур 119
4.7. Государственный первичный эталон твёрдости
по шкалам Мартенса и шкалам индентирования 122
4.8. Выводы к Главе 4 123
Заключение 124
Список литературы 126
