【正文】 。由于原子力顯微鏡既可以觀察導(dǎo)體，也可以觀察非導(dǎo)體，從而彌補(bǔ)了 STM的不足。從這里我們可以看出，原子力顯微鏡設(shè)計(jì)的高明之處在于利用微懸臂間接地感受和放大原子之間的作用力，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。 1990年， IBM公司的科學(xué)家展示了一項(xiàng)令世人瞠目結(jié)舌的成果，他們?cè)诮饘冁嚤砻嬗?35個(gè)惰性氣體氙原子組成 “ IBM”三個(gè)英文字母。當(dāng)控制壓電陶瓷使探針在樣品表面掃描時(shí)，由于樣品表面高低不平而使針尖與樣品之間的距離發(fā)生變化，而距離的變化引起了隧道電流的變化，控制和記錄隧道電流的變化，并把信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，就可以得到樣品表面高分辨率的形貌圖像。從上式可以看出，Ｉ與ｄ成指數(shù)關(guān)系，即隧道電流Ｉ對(duì)樣品的微觀表面起伏特別敏感， 當(dāng)ｄ減?。?.1ｎｍ時(shí)，Ｉ將增加一個(gè)量級(jí)。 掃描隧道顯微鏡（ STM)的基本原理是利用量子力學(xué)中的 隧道效應(yīng) ，在樣品與探針之間加一定的電壓，當(dāng)樣品與針尖距離非常接近時(shí)，樣品和針尖之間將產(chǎn)生隧道電流Ｉ ∝ Ｖ 羅雷爾 (Heinrich Rohrer)博士及其同事們共同研制成功了世界第一臺(tái)新型的表面分析儀器 —— 掃描隧道顯微鏡（ Scanning Tunneling Microscope,以下簡(jiǎn)稱 STM）。 表面粗糙度的高度 評(píng)定參數(shù) ： 輪廓算術(shù)平均偏差 : 1( ) /naiiR y n?? ?微觀不平度十點(diǎn)高度 ： 5511( ) / 5z p i viiiR y y??????輪廓最大高度 ： m a x m a xy p vR y y??表面粗糙度的評(píng)定方法 納米測(cè)量技術(shù) 1982年， IBM公司蘇黎世實(shí)驗(yàn)室的葛 這類電感傳感器的特點(diǎn)是輸出信號(hào)只和觸針位移有關(guān)，亦稱位移靈敏傳感器，它可以把輪廓圖形逐點(diǎn)描繪出來(lái)，所以一般帶有記錄器。（導(dǎo)頭有機(jī)械濾波的作用）。 傳感器殼體通過(guò)連接桿 4與驅(qū)動(dòng)器相連接，在觸針 3附近的傳感器殼體上裝有一個(gè)圓弧形導(dǎo)頭 1，這導(dǎo)頭支承在被測(cè)表面 5上，并和觸針一起在試件表面上滑行。 表面粗糙度的測(cè)量基準(zhǔn)線原則上要求與被測(cè)表面的理想形狀一致，但在實(shí)際測(cè)量中難以實(shí)現(xiàn)。 1. 接觸式輪廓儀（觸針式輪廓儀） 針描法是一種接觸式測(cè)量方法。 圓度誤差定義 ： 圓度誤差指包容同一正截面實(shí)際輪廓且半徑差為最小的兩同心圓的距離 fm m a x m i nmf R R?? 圓度誤差的評(píng)定方法 最小包容區(qū)域法最小，最小二乘法稍大 圓度儀測(cè)量法 表面粗糙度測(cè)量 表面粗糙度測(cè)量是一種微觀幾何形狀誤差。 形位誤差測(cè)量是將被測(cè)要素和理想要素進(jìn)行比較，從而用數(shù)值描述實(shí)際要素與理想要素形狀或位置上的差異。夏普公司制造 測(cè)量范圍 : 650 1000 650 測(cè)量精度 : +L/355(ISO 103602)。 CMM 不管任何復(fù)雜的幾何表面和幾何形狀，只要測(cè)量機(jī)的側(cè)頭能夠瞄準(zhǔn)到的地方（接觸與非接觸法），就刻通過(guò)坐標(biāo)機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)得到各點(diǎn)的坐標(biāo)值，經(jīng)計(jì)算機(jī)算出它們的幾何尺寸和相對(duì)位臵，并完成數(shù)據(jù)處理，因此用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有較大的萬(wàn)能性。 該機(jī)通過(guò)三個(gè)坐標(biāo)軸在三個(gè)空間方向自由移動(dòng)，測(cè)頭在測(cè)量范圍內(nèi)可以到達(dá)任意一個(gè)測(cè)點(diǎn)，三個(gè)軸的測(cè)量系統(tǒng)可以測(cè)出測(cè)點(diǎn)在 x， y， z三個(gè)方向上的精確坐標(biāo)位臵。 實(shí)現(xiàn)測(cè)量的關(guān)鍵是建立被測(cè)參量和采樣點(diǎn)在測(cè)量機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)關(guān)系模型。包括采樣讀數(shù)和數(shù)據(jù)處理兩個(gè)步驟。這種裝置在測(cè)量前應(yīng)在平板上進(jìn)行調(diào)螫指示表的零位，即兩個(gè)滾柱與平板表面接觸，而在指示表的量桿下端，墊以適當(dāng)?shù)膲K規(guī)。在裝置基體 1的中央放著指示表 4；兩側(cè)裝有帶滾柱 3的支桿 2。因而經(jīng)比較器比較后，可由顯示器顯示其直徑的變化量或絕對(duì)值。a (即 ?d)，此時(shí) ?角很小，故可取 : sin ta nsin 22sin /kkkkSla k ka a S l kkladSS k SladSSk????????????????????由于衍射條紋的條件是：故：于是可得：或者由于 ，可得式中：為條紋間距； 為衍射條紋級(jí)數(shù)。于衍射場(chǎng) P處即可獲得一組明暗相間的衍射條紋，只要測(cè)得衍射條紋距屏幕中心的距離 Sk，便可求得細(xì)絲直徑。為此，如圖所示，設(shè)被測(cè)細(xì)絲為 ? d，相當(dāng)于狹縫。如采用激光作為光源，由于能量高度集中，條紋可以更加清晰，衍射級(jí)次也更高 (即能見到的衍射條紋致目多 )。圖為衍射條紋的光強(qiáng)分布圖。 式中 K＝ 1， 2…正整數(shù)。近年來(lái)由于激光技術(shù)的發(fā)展，為測(cè)量細(xì)絲直徑提供了新的測(cè)量原理和方法。 微小尺寸測(cè)量 一、 用激光衍射法測(cè)量金屬細(xì)絲直徑 一般的鋼絲直徑常用電感測(cè)微儀以接觸法進(jìn)行測(cè)量，這種方法受測(cè)量力的影響很大，即使在測(cè)量力較小的情況下，其相對(duì)測(cè)量誤差也是較大的，而且容易引起細(xì)絲的彎曲變形。 ?微小尺寸的間接測(cè)量 ?大直徑的間接測(cè)量 ?坐標(biāo)測(cè)量法 隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，產(chǎn)品的小型化或微型化越來(lái)越成為一個(gè)重要的分支，因而微小尺寸的測(cè)量越來(lái)越多：如細(xì)絲、小孔、鍍層厚度、集成電路中的氧化層厚度、各元件間的微小距離、計(jì)算機(jī)中磁頭與磁盤間的微小間隙等等；而且精度要求也越來(lái)越高，如超大規(guī)模集成電路中要求位置的測(cè)量精度為。 直接測(cè)量法： 將被測(cè)量直接和標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較。用于相對(duì)測(cè)量的儀器多稱作測(cè)微儀或比較儀，一般具有 放大倍數(shù)大 ， 示值范圍較小 、 測(cè)量精度高、零位可調(diào) 的特點(diǎn)。 相對(duì)測(cè)量法 ：儀器示值為被測(cè)量相對(duì)于某一定值標(biāo)準(zhǔn)量的偏差值。 差動(dòng)式電感傳感器 總結(jié)： 絕對(duì)測(cè)量法 ：儀器示值為被測(cè)量的絕對(duì)值，常以刻度尺、光柵尺等作為測(cè)量基準(zhǔn)，一般具有 絕對(duì)零位，示值范圍較大 。當(dāng)測(cè)桿移動(dòng)時(shí)，其中一個(gè)線圈的電感量增大，而另一個(gè)線圈的電感量則以同樣的數(shù)值減小。當(dāng)被測(cè)工件尺寸發(fā)生變化時(shí)，則測(cè)桿將上升或下降的此時(shí)導(dǎo)磁體的截面積 S也發(fā)生改變故而引起電感量的變化。 電感量除與氣隙 a有關(guān)外，還與通磁氣隙的面積 S有關(guān)，其關(guān)系式為 從上式可知，電感量與導(dǎo)磁體的截面積成正比。 一般原始?xì)庀? ?約為 0． l～ 0． 5 mm。此種傳感器的靈敏度高，但其缺點(diǎn)是電感量的變化與位移量的變化呈非線性關(guān)系，因此誤差較大。鐵心與銜鐵之間有一個(gè)厚度為 ?的空氣隙，儀器的測(cè)桿與銜鐵 3連接在一起。 電感測(cè)量的基本原理如圖所示。電感式又分為氣隙式、截面式和螺管式三種。由于電動(dòng)量?jī)x靈敏度和精度很高，測(cè)量裝置和顯示裝置可以分離，所以有利于進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)量和實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化。近年來(lái)，顯示裝置已發(fā)展到采用專用電子計(jì)算機(jī)或數(shù)字顯示裝置等，可以直接處理測(cè)量數(shù)據(jù)。工