本成果創(chuàng)新性發(fā)明了白光干涉原子力探針掃描跨尺度微納表面結(jié)構(gòu)高精度測量技術(shù)及系統(tǒng)。

本項(xiàng)目依托華中科技大學(xué)儀器學(xué)科在表面形貌與結(jié)構(gòu)精密測量領(lǐng)域的傳統(tǒng)特色優(yōu)勢和長期積累的科研基礎(chǔ)，在國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金儀器研制專項(xiàng)、國家863重點(diǎn)項(xiàng)目課題、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等支持下，針對相關(guān)制造領(lǐng)域微米尺度、納米尺度、跨尺度微納表面結(jié)構(gòu)精密測量問題開展了系列研究。本成果技術(shù)主要包括以下方面：

1）提出了白光干涉原子力探針掃描跨尺度微納表面結(jié)構(gòu)測量原理和方法，共光路融合白光顯微干涉與原子力探針傳感，突破跨尺度微納傳感瓶頸，解決大動態(tài)范圍微納結(jié)構(gòu)測量難題，實(shí)現(xiàn)nm-μm-mm跨尺度微納表面結(jié)構(gòu)高效測量；

2）提出了白光干涉原子力探針掃描跨尺度測量的可溯源標(biāo)定和坐標(biāo)統(tǒng)一方法，突破了白光干涉與原子力探針跨尺度微納傳感的坐標(biāo)統(tǒng)一瓶頸和漂移難題，實(shí)現(xiàn)了微納表面結(jié)構(gòu)跨尺度測量的可溯源和穩(wěn)定高精度；

3）提出了白光干涉質(zhì)量評價(jià)模型和三維圖像噪聲區(qū)域辨識與重建方法，及二維掃描工作臺平面度誤差阿貝補(bǔ)償與二維運(yùn)動同步計(jì)量方法，解決噪聲問題與宏微驅(qū)動二維工作臺運(yùn)動誤差對測量精度的影響問題，為跨尺度微納表面結(jié)構(gòu)高精度測量提供支撐。

圖1 微納結(jié)構(gòu)多模式跨尺度測量儀器實(shí)物圖

圖2 白光干涉原子力探針掃描跨尺度微納表面結(jié)構(gòu)測量原理示意圖

【技術(shù)優(yōu)勢】

本成果項(xiàng)目研制了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的白光干涉原子力探針掃描測量儀等系列微納表面結(jié)構(gòu)測量儀器，并通過了國家計(jì)量院組織的儀器性能和軟件的檢定測試，納米尺度原子力垂直測量范圍超出國際商用儀器10倍以上，水平動態(tài)范圍達(dá)國際領(lǐng)先水平。

【技術(shù)指標(biāo)】

本成果項(xiàng)目提出了白光干涉原子力探針掃描跨尺度微納表面結(jié)構(gòu)測量原理和方法，建立跨尺度傳感方法，實(shí)現(xiàn)nm-μm-mm跨尺度微納表面結(jié)構(gòu)高效測量。同時(shí)，發(fā)明的白光干涉原子力探針掃描測量方法與現(xiàn)有商用原子力顯微鏡相比，垂直測量范圍提高10倍，分辨率優(yōu)于0.01nm。