Реферат: К. Л. Губский научный руководитель А. П. Кузнецов, к ф. м н

УДК 001(06) Нанометрология

К.Л. ГУБСКИЙ

Научный руководитель – А.П. Кузнецов, к.ф.-м.н., доцент

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»


гетеродинный интерферометр для измерения наноперемещений


Представлен трёхкоординатный гетеродинный интерферометр, позволяющий измерять перемещения объекта в реальном масштабе времени при его движении со скоростями ≤ 3 м/с. Система аналого–цифровой обработки сигнала позволяют обеспечить точность до 1 Å и проводить измерения перемещений в диапазоне > 1мм.


Развитие наноиндустрии невозможно без точных и надёжных диагностических инструментов. Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) является одной из немногих методик, позволяющих исследовать наноразмерные структуры и визуализировать поверхность материалов с атомарным разрешением. Зондовые микроскопы демонстрируют пространственное разрешение на несколько порядков лучше, чем оптические, и в отличии от электронных, не требуют вакуумирования для осуществления измерений [1]. При этом СЗМ позволяет проводить измерения целого ряда пространственно распределенных параметров, таких как модуль упругости, твёрдость, электропроводность, а также получать топографические изображения формы поверхности и её свойств.

Основным источником погрешности в СЗМ является неточность определения положения объекта во время сканирования. Емкостные датчики, традиционно применяемые в СЗМ, измеряют перемещение опосредовано. Оценить или как-то учесть вносимую ими погрешность практически невозможно.

В отличие от них, измерения, осуществляемые лазерным интерферометром, как прибором, проводящим сравнение величины перемещения объекта с длиной волны лазерного излучения, носят первичный характер. Поэтому лазерная интерферометрия в настоящее время служит основным способом передачи размера первичного эталона непосредственно к средствам измерения в нанометрологии [2].

В работе представлен гетеродинный интерферометр с цифровой реализацией фазового детектора. Данный интерферометр разработан как компактная встраиваемая система, пригодная для создания на её основе эталонной системы по измерению наноразмерных объектов.

Интерферометр состоит из двух модулей: оптического блока, смонтированного на массивной плите, размещаемой на раме СЗМ, и электронного блока управления и обработки сигналов, вынесенного за пределы области термостатирования микроскопа.

Оптическая схема соответствует гетеродинной модификации интерферометра Маха-Цендера с введением в интерференционный сигнал дополнительной фазовой модуляции.

Частотный сдвиг f между интерферирующими лучами создается акустооптическим модулятором, расположенным в одном из плеч интерферометра.

Излучение одночастотного стабилизированного He-Ne–лазера (мощность 1 мВт, длина волны 632,9909 нм) разделяется на шесть лучей, образуя три независимых канала интерферометра.

Данная схема позволяет проводить измерение положения объекта одновременно в трёх ортогональных координатах.

Ортогональность измеряемых координат обеспечивается жёстко закреплёнными на пьезо-столике триппель призмами, служащими ретрорефлекторами в каждом из измерительных плеч интерферометра. Регистрируется интерференционный сигнал в электронном блоке, куда излучение направляется по оптоволоконным кабелям.

Специально разработанная комбинация систем аналоговой и цифровой обработки сигнала обеспечивает точность порядка 1 Å.

Высокая гетеродинная частота (36 МГц) позволяет реализовать режим усреднения и при выбранном временном разрешении в 1 мс значительно повысить отношение сигнал/шум. В таком режиме максимальная скорость сканирования составляет 300 мкм/сек, что на порядок выше реально используемой.


Список литературы


1. G. Binnig, C. F. Quate, Ch. Gerber Atomic Force Microscope // Physical Review Letters, V.56, p.930, 1986.

2. http://www.co-nanomet.eu.