計量型原子力顯微鏡是一種被用來研究對固體材料進(jìn)行表面結(jié)構(gòu)分析的儀器，通過對檢測樣品表面與感應(yīng)元件之間的原子作用力，來對樣品進(jìn)行研究，反映樣品的結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)性質(zhì)。在使用計量型原子力顯微鏡檢測時，將懸臂進(jìn)行固定，并與樣品進(jìn)行接觸，通過傳感器進(jìn)行眼測懸臂發(fā)生的變化，獲取作用力的信息，由于微力的變化較為精確，從而可以得到納米級的測量信息。

計量型原子力顯微鏡的原理

　　原子力顯微鏡納米測量系統(tǒng)的研究主要是圍繞著ZG計量科學(xué)研究院的計量型原子力顯微鏡進(jìn)行的。原子力顯微鏡是靠控制探針針尖和被測表面間的原子相互作用力而檢測微觀表面形貌的，可用于檢測導(dǎo)電和非導(dǎo)電材料，并不受試件表面電子態(tài)影響，測試結(jié)果更接近實際形貌。

　　計量型原子力顯微鏡主要由掃描器、測針位置傳感器和三維微型激光干涉儀及機(jī)座構(gòu)成，整個系統(tǒng)全部由殷鋼和零膨脹玻璃構(gòu)成，將溫度變化對測量的影響降到Zdi程度，具有整體三維彈性位移臺，壓電陶瓷使用電容傳感器經(jīng)行位移控制;在原子力顯微鏡上固結(jié)了三維微型激光干涉測量系統(tǒng)對原子力顯微鏡的位置誤差進(jìn)行校準(zhǔn)，從而將納米測量的量值直接溯源到米定義激光波長基準(zhǔn)。

計量型原子力顯微鏡測量誤差

　　計量型原子力顯微鏡的誤差的來源有很多種，主要是由外界環(huán)境條件的影響、近場誤差、懸臂位置、掃描器位置、針尖形狀等原因。

　　如果計量型原子力顯微鏡觀測樣品表面的原子與分子的結(jié)構(gòu)，近場誤差是主要誤差來源。在觀測工作上，要結(jié)合實際觀測情況對誤差進(jìn)行管理和控制，并加強(qiáng)對誤差的研究和分析，從而減少誤差，對測量進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　在測量過程中，環(huán)境的影響對于測量是重要的影響方面，在空氣中，溫度、濕度、清潔度、震動以及壓力都是重要的影響因素。在納米級別的測量中，計量型原子力顯微鏡的測量結(jié)果影響主要與儀器自身有關(guān)，與被測對象影響較小。在測量過程中，大多數(shù)采用激光干涉作為基準(zhǔn)，而空氣中的溫度、濕度、二氧化碳含量、壓力等因素都會影響激光的折射系數(shù)。

　　另外，儀器的溫度漂移，也是計量型原子力顯微鏡測量中需要ZD關(guān)注的問題。測量儀器的材料組成較為復(fù)雜，納米級別的精確測量過程中，任何材料由于溫度變化而造成的變化都可以使得測量儀器發(fā)生變形，從而影響測量點的位移，產(chǎn)生測量的誤差。一般在測量工作中，對于周邊環(huán)境的溫度要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，對測量材料不同的膨脹程度進(jìn)行Z大程度的控制，合理搭配溫度系數(shù)，盡量做到零測量漂移的情況。

計量型原子力顯微鏡使用注意事項

　　進(jìn)行計量型原子力顯微鏡的位移測量中，需要對測量誤差進(jìn)行嚴(yán)格的控制，提高測量精度。對誤差進(jìn)行控制是計量工作的原則，在進(jìn)行測量過程中要對由各種條件產(chǎn)生的誤差進(jìn)行控制和管理。在納米測量中，由于環(huán)境因素造成的誤差是主要的誤差來源，尤其是溫度，溫度的變化導(dǎo)致儀器的尺寸發(fā)生變化，從而造成誤差的產(chǎn)生。在進(jìn)行測量中，要選擇溫度系數(shù)較低的材料，并且對測量環(huán)境的溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的選擇，才能有效的降低溫度對位移測量的影響。

　　計量型原子力顯微鏡測量過程中，可以對測量儀器加裝保溫裝置，使測量儀器獲得良好的溫度特性。對于測量過程中的濕度控制，要保證測量環(huán)境的濕度水平，經(jīng)過實驗驗證了控制濕度之后，儀器測量精度也得到了有效的控制，并且達(dá)到了對針尖表面靜電的控制目的。在進(jìn)行原子力顯微鏡的位移測量上，建立合理的溫度與濕度管理方式，合理控制環(huán)境因素，對于達(dá)到控制誤差的意義。

　　計量型原子力顯微鏡測量過程中，需要加強(qiáng)對振動的控制，利用相關(guān)的計算公式對振動的影響進(jìn)行計算，從而有效的控制相關(guān)的誤差。計量型原子力顯微鏡在對于頻率響應(yīng)上缺乏良好的特性，在測量中要保證隔振，減少空氣震動對于測量儀器的影響。

　　在計量型原子力顯微鏡的結(jié)構(gòu)分析中，針尖的集合形狀對于位移測量也有很大的影響，針尖的集合形狀要進(jìn)行合理的表面重建，并且進(jìn)行相應(yīng)點計算，從而對由此造成的誤差進(jìn)行控制。在現(xiàn)階段測量位移測量中，可以采用三坐標(biāo)的測量分析方法，對位置誤差進(jìn)行系統(tǒng)的分析，同時建立科學(xué)合理的數(shù)學(xué)運(yùn)動模型，將實驗結(jié)果進(jìn)行定位。采用新的空間校準(zhǔn)措施，有效的提高了原子力顯微鏡的校準(zhǔn)工作質(zhì)量，對于掃描器的位移誤差進(jìn)行了良好的控制。