Оглавление

Глава 1. 
Введение в метрологию для микро- и нанотехнологий

1.1 Что такое инженерная нанометрология
1.2 Содержание этой книги
1.3 Список использованных источников

Глава 2.
Основы метрологии

2.1 Введение
2.2 Единицы измерения СИ
2.3 Длина
2.4 Масса
2.5 Сила
2.6 Угол
2.7 Прослеживаемость измерений
2.8 Точность, прецизионность, разрешение, погрешность и неопределённость измерений
2.8.1 Точность и прецизионность измерений
   2.8.2 Разрешение и погрешность измерений
   2.8.3 Неопределённость измерений
      2.8.3.1 Суммарная неопределённость измерений
      2.8.3.2 Руководство по выражению неопределённости в измерениях (GUM)
      2.8.3.3 Метод Монте-Карло
2.9 Список использованных источников

Глава 3.
Принципы разработки прецизионных средств измерений

3.1 Геометрия
3.2 Кинематика
   3.2.1 Сочленение Кельвина
   3.2.2 Реализация единственной степени свободы
3.3 Динамика
3.4 Принцип Аббе
3.5 Упругое сжатие
3.6 Структурные схемы
   3.6.1 Механический контур
   3.6.2 Тепловой контур
   3.6.3 Метрологический контур
3.7 Материалы
   3.7.1 Минимизация теплового воздействия
   3.7.2 Минимизация механического воздействия
3.8 Симметрия
3.9 Виброизоляция
   3.9.1 Источники вибраций
   3.9.2 Пассивная виброизоляция
   3.9.3 Подавление
   3.9.4 Внутренний резонанс
   3.9.5 Активная виброизоляция
   3.9.6 Акустический шум
3.10 Список использованных источников

Глава 4.
Прослеживаемость длины при помощи интерферометрии

4.1 Лазеры
   4.1.1 Принцип действия гелий-неонового лазера
   4.1.2 Способы стабилизации длины волны одночастотного лазера
   4.1.3 Стабилизация частоты лазера с использованием метода насыщенного поглощения
      4.1.3.1 Стабилизация лазера с двухчастотным режимом работы
   4.1.4 Стабилизация лазера, излучающего на длине волны 633 нм, с использованием эффекта Зеемана
   4.1.5 Калибровка частоты (стабилизированного) лазера, излучающего на длине волны 633 нм
   4.1.6 Существующие и перспективные стандарты лазерной частоты
4.2 Обеспечение прослеживаемости длины
4.3 Концевые меры как средство обеспечения прослеживаемости
4.4 Введение в интерферометрию
   4.4.1 Свет как волна
   4.4.2 Измерение биения в случае, когда ω1 ≠ ω2
   4.4.3 Видность и контраст
   4.4.4 Интерференция белого света и длина когерентности
4.5 Схемы интерферометров
   4.5.1 Интерферометры Майкельсона и Тваймана-Грина
   4.5.1.1 Модификация Тваймана-Грина
   4.5.2 Интерферометр Физо
   4.5.3 Интерферометры Жамена и Маха-Цендера
   4.5.4 Интерферометр Фабри-Перо
4.6 Измерение длины концевых мер
   4.6.1 Интерферометр для измерения длин концевых мер
      4.6.1.1 Анализ интерференционной картины – сдвиг фаз
      4.6.1.2 Анализ картин мультиволновой интерференции
      4.6.1.3 Длина волны в вакууме
      4.6.1.4 Тепловые эффекты
      4.6.1.5 Измерение коэффициента преломления
      4.6.1.6 Апертурная коррекция
      4.6.1.7 Поверхность и эффекты изменения фазы
   4.6.4 Источники погрешности
      4.6.4.1 Неопределённость разделения интерференционных полос
      4.6.4.2 Неопределённость мультиволновой интерферометрии
      4.6.4.3 Неопределённость длины волны в вакууме
      4.6.4.4 Неопределённость вследствие тепловых эффектов
      4.6.4.5 Неопределённость коэффициента преломления
      4.6.4.6 Неопределённость апертурной коррекции
      4.6.4.7 Неопределённость изменения фазы
      4.6.4.8 Косинусная погрешность
4.7 Список использованных источников

Глава 5.
Измерения перемещений

5.1 Введение
5.2 Интерферометрия перемещений
   5.2.1 Основы интерферометрии перемещений
   5.2.2 Гомодинная интерферометрия
   5.2.3 Гетеродинная интерферометрия
   5.2.4 Счет и разделение интерференционных полос
   5.2.5 Двухпроходная интерферометрия
   5.2.6 Дифференциальная интерферометрия
   5.2.7 Интерферометрия с качающейся частотой
   5.2.8 Источники погрешности
      5.2.8.1 Тепловое расширение
      5.2.8.2 Длина мертвого хода
      5.2.8.3 Косинусная погрешность
      5.2.8.4 Нелинейность
      5.2.8.5 Коррекция Хейдеманна
      5.2.8.6 Источники случайной погрешности
      5.2.8.7 Прочие источники погрешности
   5.2.9 Угловые интерферометры
5.3 Ёмкостные датчики
5.4 Индуктивные датчики
5.5 Оптические датчики
5.6 Оптоволоконные датчики
5.7 Калибровка датчиков перемещения
   5.7.1 Калибровка с использованием оптической интерферометрии
      5.7.1.1 Калибровка с использованием интерферометра Фабри-Перо
      5.7.1.2 Калибровка с использованием измерительного лазерного инструмента
   5.7.2 Калибровка с использованием рентгеновской интерферометрии
5.8 Список использованных источников

Глава 6.
Средства измерений параметров рельефа поверхности

6.1 Введение
6.2 Понятие пространственной частоты
6.3 Исторический обзор
6.4 Измерение параметров профиля поверхности
6.5 Измерение параметров трехмерной текстуры поверхности
6.6 Средства измерений
   6.6.1 Стилусные профилометры
6.7 Оптические профилометры
   6.7.1 Ограничения оптических средств измерений
   6.7.2 Методы оптического сканирования
      6.7.2.1 Триангуляционные профилометры
      6.7.2.2 Конфокальные микроскопы
      6.7.2.2.1 Конфокальная микроскопия в белом свете
      6.7.2.3 Профилометрия точечной автофокусировки
   6.7.3 Оптические методы исследования поверхности
      6.7.3.1 Микроскопия с переменным фокусом
      6.7.3.2 Фазосдвигающая интерферометрия
      6.7.3.3 Цифровая голографическая интерферометрия
      6.7.3.4 Когерентная сканирующая интерферометрия
   6.7.4 Методы рассеяния
6.8 Ёмкостные средства измерений
6.9 Пневматические средства измерений
6.10 Калибровка средств измерений параметров рельефа поверхности
   6.10.1 Прослеживаемость измерений параметров рельефа поверхности
   6.10.2 Калибровка средств измерения параметров профиля поверхности
   6.10.3 Калибровка средств измерений параметров трехмерной текстуры поверхности
6.11 Неопределённость измерений параметров рельефа поверхности
6.12 Сравнение средств измерений параметров рельефа поверхности
6.13 Стандарты на программное обеспечение
6.14 Список использованных источников

Глава 7.
Сканирующая зондовая, электронная и ионная микроскопия

7.1 Сканирующая зондовая микроскопия
7.2 Сканирующая туннельная микроскопия
7.3 Атомно-силовая микроскопия
   7.3.1 Источники шума в атомно-силовой микроскопии
      7.3.1.1 Определение уровня статического шума
      7.3.1.2 Определение уровня динамического шума
      7.3.1.3 Определение уровня шума XY-сканера
   7.3.2 Некоторые типичные артефакты АСМ-изображений
      7.3.2.1 Размер и форма зонда
      7.3.2.2 Загрязнение зонд
      7.3.2.3 Прочие артефакты
   7.3.3 Определение системы координат атомно-силового микроскопа
   7.3.4 Прослеживаемость в атомно-силовой микроскопии
      7.3.4.1 Калибровка АСМ
   7.3.5 Измерение силы при помощи АСМ
   7.3.6 Определение жесткости кантилевера АСМ
   7.3.7 Измерение меж- и внутримолекулярных сил при помощи АСМ
      7.3.7.1 Придание зонду функциональных свойств
   7.3.8 Измерение расстояния между зондом и образцом
   7.3.9 Артефакты при измерении сил методом АСМ
7.4 Сканирующая зондовая микроскопия наночастиц
7.5 Электронная микроскопия
   7.5.1 Растровая электронная микроскопия
      7.5.1.1 Выбор калибровочного образца для растровой электронной микроскопии
   7.5.2 Просвечивающая электронная микроскопия
   7.5.3 Прослеживаемость и калибровка просвечивающих электронных микроскопов
      7.5.3.1 Выбор калибровочного образца
      7.5.3.2 Линейная калибровка
      7.5.3.3 Локальная калибровка
      7.5.3.4 Реперная сетка
7.5.4 Электронная микроскопия наночастиц
7.6 Ионная микроскопия
7.7 Список использованных источников

Глава 8.
Характеризация рельефа поверхности

8.1 Введение
8.2 Характеризация профиля поверхности
   8.2.1 Базовая длина
   8.2.2 Общее перемещение
   8.2.3 Фильтрация профиля
      8.2.3.1 Первичный профиль
      8.2.3.2 Профиль шероховатости
      8.2.3.3 Профиль волнистости
   8.2.4 Основные параметры характеризации профиля
      8.2.4.1 Обозначения параметров профиля
      8.2.4.2 Неоднозначность параметров профиля
   8.2.5 Параметры амплитуды профиля (от пиков до впадин)
      8.2.5.1 Максимальная высота пика профиля, Rp
      8.2.5.2 Максимальная глубина впадины профиля, Rv
      8.2.5.3 Максимальная высота профиля, Rz
      8.2.5.4 Средняя высота элементов профиля, Rc
      8.2.5.5 Общая высота поверхности, Rt
   8.2.6 Средние значения параметров профиля
      8.2.6.1 Среднее арифметическое отклонение профиля, Ra
      8.2.6.2 Среднеквадратичное отклонение профиля, Rq
      8.2.6.3 Асимметрия профиля, Rsk
      8.2.6.4 Эксцесс профиля, Rku
   8.2.7 Пространственные параметры
      8.2.7.1 Средняя ширина элементов профиля, RSm
   8.2.8 Параметры кривых профиля
      8.2.8.1 Коэффициент опорной кривой профиля
      8.2.8.2 Коэффициент кривой опорной поверхности
      8.2.8.3 Разница высот уровней сечения, Rδc
      8.2.8.4 Коэффициент относительной опорной кривой профиля, Rmr
      8.2.8.5 Кривая амплитуды высоты профиля
   8.2.9 Стандарты параметризации профиля
8.3 Характеризация трехмерной текстуры поверхности
   8.3.1 Фильтрация изображения поверхности
   8.3.2 Пространственная фильтрация
   8.3.3 Стандарты параметризации трехмерной текстуры поверхности
   8.3.4 Унифицированная система координат для текстуры и формы
   8.3.5 Пространственные параметры
   8.3.6 Параметры общего изображения
      8.3.6.1 Высотные параметры
         8.3.6.1.1 Среднеквадратичная высота поверхности, Sq
         8.3.6.1.2 Средняя арифметическая высота поверхности, Sa
         8.3.6.1.3 Асимметрия распределения высот, Ssk
         8.3.6.1.4 Эксцесс распределения высот, Sku
         8.3.6.1.5 Максимальная высота пиков, Sp
         8.3.6.1.6 Максимальная высота долин, Sv
         8.3.6.1.7 Максимальная высота поверхности, Sz
      8.3.6.2 Пространственные параметры
         8.3.6.2.1 Длина автокорреляции, Sal
         8.3.6.2.2 Коэффициент пропорциональности текстуры поверхности, Str
      8.3.6.3 Смешанные параметры
         8.3.6.3.1 Среднеквадратичный градиент поверхности, Sdq
         8.3.6.3.2 Удельная площадь поверхности, Sdr
      8.3.6.4 Функциональные параметры и параметры отношений
         8.3.6.4.1 Коэффициент пространственных опорных кривых
         8.3.6.4.2 Обратный коэффициент пространственных опорных кривых
         8.3.6.4.3 Прочие параметры
         8.3.6.4.4 Свободный объем, Vv(mr)
         8.3.6.4.5 Объем материала, Vm(mr)
         8.3.6.4.6 Мера разности высот, Sxp
         8.3.6.4.7 Градиент плотности 
      8.3.6.5 Вспомогательные параметры
         8.3.6.5.1 Направление текстуры поверхности, Std
   8.3.7 Параметры отдельных элементов поверхности
      8.3.7.1 Шаг 1 – Выбор элементов
      8.3.7.2 Шаг 2 – Сегментация
         8.3.7.2.1 Дерево изменений
      8.3.7.3 Шаг 3 – Значимые элементы
      8.3.7.4 Шаг 4 – Выбор параметризации элементов
      8.3.7.5 Шаг 5 – Статистика параметров элемента
      8.3.7.6 Параметры элементов
         8.3.7.6.1 Плотность пиков, Spd
         8.3.7.6.2 Средняя арифметическая кривизна пиков, Spc
         8.3.7.6.3 Высота поверхности по десяти точкам, S10z
         8.3.7.6.4 Высота пиков по пяти точкам, S5p
         8.3.7.6.5 Высота долин по пяти точкам, S5v
         8.3.7.6.6 Площадь замкнутых долин, Sda(c)
         8.3.7.6.7 Площадь замкнутых холмов, Sha(c)
         8.3.7.6.8 Объем замкнутых долин, Sdc(c)
         8.3.7.6.9 Объем замкнутых холмов, Shv(c)
8.4 Фрактальные методы
   8.4.1 Методы линейных фракталов
   8.4.2 Метод пространственных фракталов
      8.4.2.1 Фрактальное разложение объема
      8.4.2.2 Фрактальное разложение поверхности
8.5 Сравнение характеристик профиля и пространственных характеристик
8.6 Список использованных источников

Глава 9.
Координатная метрология

9.1 Координатно-измерительные машины (КИМ)
   9.1.1 Зондовые системы КИМ
   9.1.2 Программное обеспечение КИМ
   9.1.3 Юстировка КИМ
   9.1.4 КИМ и системы автоматизированного проектирования
   9.1.5 Объекты геометрической и свободной формы
   9.1.6 Другие типы КИМ
9.2 Источники погрешности КИМ
9.3 Прослеживаемость, калибровка и проверка работы КИМ
   9.3.1 Прослеживаемость КИМ
9.4 КИМ малого диапазона
   9.4.1 Автономные КИМ малого диапазона
      9.4.1.1 КИМ малого диапазона со штриховой шкалой
      9.4.1.2 КИМ малого диапазона с лазерным интеферометром
9.5 Зонды КИМ малого диапазона
9.6 Калибровка КИМ малого диапазона
   9.6.1 Калибровка КИМ малого диапазона с лазерным интерферометром
   9.6.2 Калибровка КИМ малого диапазона со штриховой шкалой
9.7 Список использованных источников

Глава 10.
Измерения сил и масс

10.1 Прослеживаемость традиционных измерений масс
     10.1.1 Изготовление международного прототипа килограмма и его первичных копий
     10.1.2 Текстура поверхности эталонов массы
     10.1.3 Внедрение эталона килограмма
     10.1.4 Стабильность эталона килограмма после очистки
     10.1.5 Ограничения текущего определения килограмма
     10.1.6 Исследования в области альтернативных способов определения килограмма
          10.1.6.1 Использование ватт-весов 
          10.1.6.2 Использование метода Авогадро
          10.1.6.3 Использование аккумуляции ионов
          10.1.6.4 Использование левитирующего сверхпроводника
     10.1.7 Применение компараторов массы
          10.1.7.1 Современные механические весы с двумя чашами
          10.1.7.2 Электронные весы 
10.2 Измерения малых масс
    10.2.1 Взвешивание путем деления
10.3 Измерения малых сил
    10.3.1 Сравнительные величины малых сил
    10.3.2 Прослеживаемость измерений малых сил
    10.3.3 Весы для измерения малых сил
    10.3.4 Эталоны сравнения для измерения малых сил
         10.3.4.1 Грузы
         10.3.4.2 Упругие элементы
         10.3.4.3 Электростатические весы
         10.3.4.4 Резонансные сенсоры
         10.3.4.5 Прочие эталоны
10.4 Список использованных источников

ПРИЛОЖЕНИЕ A

ПРИЛОЖЕНИЕ B

ИНДЕКС