ICS,17.040.20 J 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T31226—2014
扫描隧道显微术测定气体配送系统部件
表面粗糙度的方法
Standard test method for determination of surface roughness
by scanning tunneling microscopy for gas distribution system components
2015-04-15实施
2014-09-30发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 中华人民共和国
国家标准
扫描隧道显微术测定气体配送系统部件
表面粗糙度的方法 GB/T31226-2014
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中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号（100029）北京市西城区三里河北街16号（100045）
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开本880×12301/16 印张1字数26千字 2014年9月第一版 2014年9月第一次印刷
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书号：155066·1-49575 定价 18.00元
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版权专有 侵权必究举报电话：(010)68510107 GB/T 31226—2014
前言
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。 本标准由中国科学院提出。 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：上海交通大学、纳米技术及应用国家工程研究中心。 本标准起草人：李慧琴、梁齐、路庆华、何丹农、张冰。
I GB/T 31226—2014
引言
半导体净化室需要高纯气体配送系统的保障，本标准提供了一种用于此气体配送系统中一种或多种部件的表面粗糙度评价方法。STM是一-种非接触的表面轮廓测试方法，能够在纳米尺度范围内测试样品的三维表面形貌，并能够表征表面结构和提供其评定参数。这种表面结构作为一种依据的测试方法的应用，期望能得到不同部件表面粗糙度的比较数据，以得到高质量的气体体系净化配件
定向刻蚀或导体涂层可以改善气体在表面的润湿性，本标准没有涉及。本标准假设STM操作人员已经掌握了仪器的原理、操作和假象，
本标准定义了一种标准数据表示格式，并提出了用STM得到的数据来分析三维表面结构的评定参数。
I GB/T 31226—2014
扫描隧道显微术测定气体配送系统部件
表面粗糙度的方法
1范围
本标准规定了一种使用扫描隧道显微镜（STM)来分析气体配送系统部件表面粗糙度的方法。 本标准适用于测定Ra小于0.25μm的不锈钢表面粗糙度的表征。 本标准不适用于不能产生隧道效应的厚氧化层钢铁。
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。
ASTME691测定试验方法精密性进行实验室间研究的标准实施规范（PracticeforConducting an Interlaboratory Study to Determine the Precision of a Test Method)
ANSIB46.1：1985表面结构（表面粗糙度、波纹度和扭转度）[SurfaceTexture（SurfaceRough ness,Waviness,and Lay)
3术语和定义、符号和缩略语
3.1术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。 3.1.1
假象artifact 非真实的表面形貌，包括震动，电子噪音，热漂移或不理想探针影响而形成的形貌。
3.1.2
中心线 centerline 图像中心线graphicalcenterline 平行于测试轮廓方向的线，使得它和轮廊之间的面积在中心线两侧相等。
3.1.3
截取长度 cutoff length 1. 针对于本文中的轮廊线，即取样长度，也就是一个扫描长度，单位为纳米（nm）。
3.1.4
电流 current 本标准中指在特定条件下，流过探针和样品表面任何方向的隧道电流（nA）。
3.1.5
特征高度 feature height 扫描范围内任何一点相对于最低点的高度数据（方向的高度），它是从探针扫描过程中产生的隧
1 GB/T31226—2014
道电流推导而来的。 3.1.6
过滤filter 对表面结构数据的修正，用以数据分析或显示，包括高通滤波，低通滤波和平面拟合。
3.1.7
金刻划光栅 gold ruled grating 具有均匀分布的凹槽的金表面，这些凹槽的深度和长度是已知的，用于微米范围内工-y方向的
校正。 3.1.8
光照表面 illuminated surface 三维的图像显示，类似于从上方或倾斜方向光照的反射表面。
3.1.9
图像 image 以探针位置为函数得到的特征高度描绘而成的表面形貌，特征高度由全幅扫描过程中探针和表面
之间的隧道电流值确定。 3.1.10
线图lineplot 以表面轮廊线形式给出的三维图像。
3.1.11
平均粗糙度 mean roughness Ra 所有轮廓线高度的算术平均偏差。
3.1.12
峰peak 轮廊线与其中心线的两个交叉点之间的最高点。
3.1.13
轮廓线profile 用双极点滤波器高通滤波后的横截面数据，双极点滤波器在截取长度1。（nm）上具有75%的增益，
3.1.14
全幅扫描 raster 方向上逐步移动时在工方向上反复扫描，也指这样的运动所扫描的区域。
3.1.15
扫描scan 探针相对于样品表面进行的单一方向（定义为工方向）上连续的运动。
3.1.16
扫描面积 scanarea 逐线扫描过的区域的面积。
3.1.17
扫描长度 scanlength 在方向不运动时，从开始到结束一次扫描的距离。
3.1.18
扫描速率 scanrate 探针相对于表面移动的速度。 2 GB/T31226—2014
3.1.19
着色高度图 shaded height plot 用暗或亮（任何颜色)表示的二维特征高度图，较高特征由亮色来表示，较低的特征由暗色来表示。
3.1.20
热漂移 thermal drift 因为失去热平衡，表面相对于探针产生的移动。
3.1.21
倾斜表面 tilted surface 相对于俯视图看起来表面倾斜的兰三维图像。
3.1.22
探针碰撞 tipcrash 在全幅扫描过程中或欲产生电流时，探针接触到样品表面，造成其中之一或两者的损坏。
3.1.23
俯视图 topview 从样品上方观察得到的表面图。
3.1.24
隧道电流 tunneling 指探针和表面间的电流（见电流）。
3.1.25
谷 volley 轮廓线与其中心线的两个交叉点之间的最低点。
3.1.26
电压 voltage 即偏压，以伏（V)或毫伏（mV)为单位，用来施加在探针和表面之间。
3.2 符号和缩略语
下列符号和缩略语适用于本文件。
表1符号与缩略语列表
符号或缩路语 HOPG
备注
说明
高定向热解石墨（HighlyOrientedPyrolytic Graphite) 扫描隧道显微术（镜）（ScanningTunnel Microscopy(e) 纳安(1×10-A) 铂-铱合金平均粗糙度轮廊线最大高度差均方根粗糙度（RoughnessMeanSquare）十点平均粗糙度
用于STM的{-y方向的原子级别校准
STM nA Pt/Ir Ra Roux RMS Rz
用于制备隧道探针见12.10 轮廊线长度上最高点和最低点间的差值
即取样长度上5个最高峰和5个最低谷的平均高度差
3 GB/T31226—2014
表1（续）
符号或缩略语工方向 y方向之方向 Z: Z mx Z mes
说明
备注
见3.1.15 探针在样品表面上扫描时也可作为特征高度方向见12.9 见12.9 见12.9
平行于扫描的方向垂直于扫描的方向垂直于样品表面等同于特征高度整个表面的最大高度差所有表面高度的均方根
4测试方法概述
4.1在本测试方法中，一尖锐的导电探针在导体表面扫描，两者距离很近，只有几个埃的空隙。施加一定的偏压后，电子就会穿过此空隙所形成的能量势垒，产生电流。这个电流即被称为隧道电流。根据在扫描过程中电流的变化就可得到表面的形貌。有探针和样品运动两种扫描模式，在这里只考虑探针运动的扫描方式。 4.2在本测试方法中，以不锈钢管表面作为一个被测配件。扫描的长度先后为500nm和2000nm。 尽管大多数扫描隧道显微镜可以扫描更大的面积，选择这些扫描面积来显示其表面结构，已经超过了接触式表面轮廊仪的放大倍率，因而不必选择原子尺度放大倍率来扫描。这些表面扫描可以用来比较表面的损坏，假象等。然后，根据其他标准如ANSIB46.1：1985中的计算模式，对这些数据进行粗糙度或表面面积的数据分析。
5意义和应用
5.1应用STM图像和数据用于评价表面结构并计算其评定参数，以得到高质量的气体体系净化室配件。 5.2本测试方法定义了一种标准数据表示格式，并提出了用STM得到的数据来分析三维表面结构的评定参数。
6干扰因素
6.1有些配件(不锈钢)表面有一层氧化层，阻止了在不影响探针或表面形貌的情况下形成隧道效应，从而得到模糊不清的表面数据。这种表面需要用其他测试方法进行形貌测试。 6.2本测试方法假设图像是在不被表面上很薄的非固体层（如碳氢化合物和水汽）干扰下得到的。 6.3操作时，样品可以放置在空气、真空或情性液体中（该液体应是适当的惰性并且流动的液体，而不致于改变表面形貌或将假象引人图像中）。不推荐用水作为情性液体。 6.4探针应由铂/铱或钨丝制作。
使用的探针一定不能接触过任何表面（见10.7）。