JJF
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF13512012
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
数码防伪 JJF1351—2012
扫描探针显微镜
校准规范 Calibration Specificationfor ScanningProbeMicroscopes
JJF1351—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：
卢明臻一 （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
(I) (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)
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
1
概述· 5 计量特性 5. 1 扫描探针显微镜Z向漂移 5.2 X、Y轴位移测量误差 5.3 Z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 7.2 X、Y轴位移测量误差 7.32 Z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
4
.
..
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
9 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。
CHIN
SE
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--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—测头；2—测量试样；3—工作台
1 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 HIN
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 十显微镜校准项目及采用的标准器见表1。
S
表1校准项目及采用的标准器
E
E
标准器及技术要求
序号
校准项目 S P
技术要求
标准器具
U=4mm+5×10-5h，k=2
1 扫描探针显微镜乙向漂移
纳米级台阶样板
h为台阶高度
X、Y轴位移测量误差
MPE：±1nm
2
纳米线间隔样板
U=4mm+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
扫描探针显微镜测量
U=4mm+5×10-5h，k=2
纳米级台阶样板
4
重复性
h为台阶高度
MPE：±0.1°
X、Y坐标正交性误差
二维纳米线间隔样板
O
注： 应用的纳米级台阶样板及纳米线间隔样板（一维、二维）的形貌图及三维轮廊图见图2、
图3。
2 JJF1351—2012
Z轴测量范围：20nm
n/
4.0 2.0 0.0
Z/nn 20
-4. 0
Y/μm
2.0
2.0
0.0
X/μm 2.0
4.0
4. 0
n
1
X轴测量范围/um
图2纳米级台阶样板形貌图和三维图
Z轴测量范图：20nm
Z轴测量范围：1nm
5
/
w/人
U
0 150
0. 5
0. 5
50
X轴测量范围/um
X轴测量范围/um
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：
Z
(1)
D:
N
式中： D—.-Z向漂移，nm;
3