JJF
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF1351—2012
扫描探针显微镜校准规范
Calibration Specification for Scanning Probe Microscopes
2012-06-18 发布
2012-09-18实施
国家质量监督检验检疫总局发布 JJF1351—2012
扫描探针显微镜
校准规范 Calibration Specification for Scanning Probe Microscopes
JJF 1351—2012
归口单位：全国几何量长度计量技术委员会
主要起草单位：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所
上海计量测试技术研究院贵州计量测试院
参加起草单位：中国计量科学研究院
本规范委托全国几何量长度计量技术委员会负责解释 JJF1351—2012
本规范主要起草人：
朱振宇 （中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研
究所)
任冬梅 （中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研
究所)
傅云霞 （上海计量测试技术研究院）李源 （上海计量测试技术研究院）吕小洁 （贵州计量测试院）
参加起草人：
卢明臻 （中国计量科学研究院）李华丰 （中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研
究所） JJF1351—2012
目
录
引言 1 范围…. 2引用文件. 3术语和定义 3.1扫描探针显微镜 3.2扫描探针显微镜Z向漂移 N
(Ⅱ) (1 ) (1) (1) (1) (1) (1) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (3) (3) (4) (5) (6) (6) (6) (6) (7) (7) (8)
概述··. 5 计量特性 5.1 扫描探针显微镜Z向漂移 5.2X、Y轴位移测量误差 5.3Z轴位移测量误差 5. 4 扫描探针显微镜测量重复性 5.5 X、Y坐标正交性误差 6 校准条件. 6.1 环境条件 6.2 标准器. 7校准项目和校准方法· 7.1扫描探针显微镜Z向漂移 7.2X、Y轴位移测量误差 7.3Z轴位移测量误差 7.4扫描探针显微镜测量重复性 7.4.1X、Y轴测量重复性 7.4.2Z轴测量重复性... 7.5X、Y坐标正交性误差 8校准结果表达 9 复校时间间隔附录A扫描探针显微镜校准结果的测量不确定度评定
:
I JJF1351—2012
引言
本规范为初次发布。制定本规范的目的主要是解决工业中扫描探针显微镜校准问题。规范编制中参考了国际上纳米计量领域的一些理论性研究成果，并以实际纳米计量工作中的一些实验数据为基础制定了本规范
Ⅱ JJF1351—2012
扫描探针显微镜校准规范
1范围
本规范适用于以几何表面形貌为测量对象的扫描探针显微镜的校准。 扫描探针显微镜根据其设计原理不同，校准时需要根据实际情况选择相关的计量特
性。对有特殊要求的测量任务，如对溯源要求较高的测量，不在本校准规范的适用范围。
2 引用文件
本规范引用下列文件： JJF1001一2011通用计量术语及定义 GB/T19067.1一2003产品几何量技术规范（GPS）表面结构轮廓法测量标
准第1部分：实物测量标准
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。
3术语和定义
3.1扫描探针显微镜scanningprobemicroscope（SPM）
具有扫描测量功能的探针显微镜的统称。主要包含原子力显微镜（AFM）、扫描隧
道显微镜（STM）等。 3.2扫描探针显微镜Z向漂移SPMZ-directiondrift
扫描探针显微镜定点测量时Z向测量值的漂移。
4概述
扫描探针显微镜具有高分辨力，实时，原位成像等特征，对样品无特殊要求，不受
样品的干燥度、形状、硬度、纯度等限制，可在大气、常温环境甚至是溶液中成像。广泛应用于纳米科技、材料科学、物理、化学和生命科学等领域。
图1SPM典型结构示例 1一测头；2—测量试样；3—工作台
- JJF1351—2012
图1所示为扫描探针显微镜测量部分典型结构图。一些扫描探针显微镜测头或工作台具备X、Y、Z方向扫描功能，实现二维或三维的形貌测量。
5计量特性
5.1扫描探针显微镜Z向漂移 5.2X、Y轴位移测量误差 5.3Z轴位移测量误差 5.4 扫描探针显微镜测量重复性 5.5X、Y坐标正交性误差 6 校准条件 6.1 环境条件
仪器使用允许的环境条件，测量过程中应测量和记录环境的温度、湿度。使用的标准样板应在测量环境中稳定不小于2h。 6.2标准器
扫描探针显微镜校准项目及采用的标准器见表1。
表1校准项目及采用的标准器
标准器及技术要求
序号
校准项目
标准器具
技术要求
U=4nm+5×10-5h，k=2
扫描探针显微镜Z向漂移
纳米级台阶样板
h为台阶高度
MPE：±1nm
X、Y轴位移测量误差
纳米线间隔样板
2
U=4nm+5×10-5h，k=2
Z轴位移测量误差
纳米级台阶样板
3
h为台阶高度
U=4nm+5×10-5h，k=2
扫描探针显微镜测量
纳米级台阶样板
4
重复性
h为台阶高度
X、Y坐标正交性误差
二维纳米线间隔样板
5
MPE：±0.1
注：应用的纳米级台阶样板及纳米线间隔样板（一维、二维）的形貌图及三维轮廓图见图2、
图3。
2 JJF1351—2012
Z轴测量范围：20nm
5
wri/
4.0 2.0 0.0
Z/nm 28.87 0.0
0
4.0
Y/μm
2.0
2.0
0.0 X/μm
2.0
4. 0
4. 0
5 -5
0
X轴测量范围/um
图2纳米级台阶样板形貌图和三维图
Z轴测量范围：20nm
Z轴测量范围：1mm
5
5
Lur/ 善膦胖人
wni/
0
t5
0 -50
o 0. 5
0. 5
50
0
0
X轴测量范围/um
X轴测量范围/μm
图3 一维和二维纳米线间隔样板形貌图
7 校准项目和校准方法
7.1扫描探针显微镜Z向漂移
用纳米级台阶样板中平面测量区域作被测对象，将扫描探针显微镜调整在测量状态。
关闭扫描探针显微镜的X、Y扫描，仅保留Z向扫描功能，行扫描频率1Hz，行扫描分辨力选取扫描探针显微镜的最大值，按约定的时间连续测量，以约定时间内测量数据的均方根（RMS）作为该项的校准结果，计算公式如下：
2Z N
(1)
D
式中： DZ向漂移，nm;
3