GB/T 29190-2012 扫描探针显微镜漂移速率测量方法

ICS17.180.99

A60

中华人民共和国国彖标准

GB/T29190—2012

Measurementmethodsofdriftrateofscanningprobemicroscope

2012-12-31发布2013-06-01实施

GB/T29190—2012

目次

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引言n

1范围1

2规范性引用文件1

3术语和定义、缩略语1

4测量方法2

5要求2

5.1仪器要求2

5.2环境要求2

6测量步骤2

7测量报告3

附录A（规范性附录）图像相关分析法4

附录B（规范性附录）特征点法7

附录C（规范性附录）非周期光栅法9

附录D（资料性附录）原子光栅法12

附录E（资料性附录）测量方法比较14

参考文献15

GB/T29190—2012

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本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。

本标准由中国科学院提出并归口。

本标准由全国纳米技术标准化技术委员会(SAC/TC279)归口。

本标准起草单位：中国科学技术大学、上海市计量测试技术研究院。

本标准主要起草人:黄文浩、陈宇航、李源、傅云霞、褚家如、李家文、牛顿、朱五林、刘一。

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GB/T29190—2012

引言

扫描探针显微镜（ScanningProbMicroscope,以下简称SPM）是纳米科学与技术中的主要工具之

一。对于具有纳米级以至原子级分辨力的SPM,其时间稳定性与仪器的设计、操作环境和使用等密切

相关。作为SPM的重要规格参数,漂移速率的大小直接关系着SPM的使用性能。例如，无失真图像

的连续获取、样品局域物化特性的测量、样品表面动态特性的实时观测、微纳装配和操纵等。此外，漂移

速率的大小对于评价仪器也有重要指导意义。目前，许多SPM配置漂移补偿模块或闭环控制模块；尽

管漂移速率大幅降低，但漂移依然存在。因此,和z方向漂移速率的定义和漂移速率测量

方法的规范化具有重要意义°

本标准给出了和w方向漂移速率的测量方法，以便于制造商在仪器规格中提供漂移

数据，帮助用户表征仪器漂移特性。

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GB/T29190—2012

扫描探针显微镜漂移速率测量方法

1范围

本标准规定了SPM漂移速率的术语和定义、缩略语、测量步骤、性能参数规格,及基于SPM扫描

图像的漂移速率测量基本方法。

本标准适用于0.01nm/s到10nm/s的漂移速率测量。本标准中的漂移测量不适用于图像校正。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T15000.3标准样品工作导则（3）标准样品定值的一般原则和统计方法；

JJF1001通用计量术语及定义；

JJF1059测量不确定度评定与表示（ISOGUM：1995,IDT）；

ISO18115表面化学分析名词，第2部分：扫描探针显微镜适用术语（Surfacchemical

analysis—Vocabulary一Part2:Termsusedinscanning一probmicroscopy）o

3术语和定义、缩略语

GB/T20000.1界定的以及下列术语和定义、缩略语适用于本文件。

3.1术语和定义

3.1.1

漂移drift

SPM仪器中探针相对于样品的实际位置与设定位置的偏差。

注：所有参数设置均可能产生漂移，如方向的位移，激光光斑在悬臂梁上的位置，扫描近场光学显微镜的光

源强度等。本标准中，漂移限定为.「、＞，和z方向上，探针相对于样品设定位置的改变。

3.1.2

漂移速率driftrate

一定时间间隔内的漂移与该时间间隔之比。

注1：时间间隔通常选定为连续扫描得到的相邻图像间的时间。

注2：漂移速率可给定为和之方向的漂移速率，或相应矢量的合成幅值。

3.1.3

设定时间settlingtime

从选定待测量的样品区域或样品上的点开始，至漂移测量的时间间隔。

注：设定时间通常选为5min〜60min。

3.2缩略语

下列缩略语适用于本文件。

1

GB/T29190—2012

SPM：扫描探针显微镜（ScanningProbMicroscop）

AFM:原子力显微镜（AtomicForcMicroscop）

STM:扫描隧道显微镜（ScanningTunnelingMicroscop）

NSOM:近场扫描光学显微镜（Near-ficldScanningOpticalMicroscop）

NPG：非周期光栅（Non-PeriodicGrating）

4测量方法

对于SPM漂移速率的测量，本标准推荐了以下方法：

——图像相关分析法（附录A）；

——特征点法（附录B）；

——非周期光栅法（附录C）。

为了实现小于0.1nm漂移量的测量，附录D中给出了原子光栅法。为了便于选择测量方法，附录

E中给出了测量方法比较。

5要求

5.1仪器要求

5.1.1SPM在测量周期内应具备测量和记录样品表面数字图像的能力。

5.1.2SPM在测量周期内应能保持测量精度。

5.2环境要求

5.2.1SPM应在仪器说明书规定或更优的环境条件下工作。

5.2.2用于仪器比对时,建议在可控环境下进行测量，具体参照仪器说明书或比对各方约定文件。测

试环境应清洁，无或可忽略的影响仪器丁作的电磁干扰、振动、噪声。

6测量步骤

测量过程按下列步骤进行：

a）根据仪器说明书选择并安装探针；

b）清洁测试样品（包括参考样品），以减小测量过程中表面污染引起的误差；

c）根据仪器说明书安装样品；

d）根据仪器说明书进行测量并优化成像参数，以获得高质量图像；

）按照漂移测量要求选定设定时间；

f）选择附录A至附录E中提供的方法进行扫描并记录图像；

g）计算漂移速率（必要时可进行多次测量，给出漂移速率的平均值和标准偏差）；

h）完成测试报告。

注1：对于STM测试样品应具有满足成像要求的导电性；对于NSOM测试样品应具有满足成像要求的光学对

比度。

注2：不当地放置样品可能会使漂移增大。

注3：较高的针尖载荷会导致针尖磨损进而影响漂移测量的准确性。

2

GB/T29190—2012

7测量报告

测量报告应包含以下内容：

a）引用本标准；

b）探针和SPM仪器的详细信息；

c）漂移速率的测量方法；

d）测量参数,包括：

1）工作模式；

2）参考信号；

3）扫描速率，快速扫描方向；

4）图像尺寸；

5）扫描像素数。

）设定时间；

f）样品及其放置方法；

g）可提供的测试环境信息（如温度、湿度等）;

h）测得的漂移速率。

3

GB/T29190—2012

附录A

（规范性附录）

图像相关分析法

A.1简介

SPM在工｛和z方向的漂移速率由连续扫描图像的互相关分析得到。其基本假设是，连续扫描图

像时扫描范围和扫描分辨力不变。