Стандарты в нанометрологии

Для обеспечения нормативной базы нанометрологии, разработаны и введены в действие более 15-ти российских стандартов, в том числе:

1. ГОСТ Р 8.628–2007 «Государственная система обеспечения единства измерений. Меры рельефные нанометрового диапазона из монокристаллического кремния. Требования к геометрическим формам, линейным размерам и выбору материала для изготовления».

2. ГОСТ Р 8.629–2007 «Государственная система обеспечения единства измерений. Меры рельефные нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем элементов. Методика поверки».

3. ГОСТ Р 8.630–2007 «Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые измерительные. Методика поверки».

4. ГОСТ Р 8.631–2007 «Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы электронные растровые измерительные. Методика поверки».

5. ГОСТ Р 8.635–2007 «Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые. Методика калибровки».

6. ГОСТ Р 8.636–2007 «Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы электронные растровые. Методика калибровки».

7. ГОСТ Р 8.644–2008 «Государственная система обеспечения единства измерений. Меры рельефные нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем элементов. Методика калибровки».

8. ГОСТ 8.591–2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Меры рельефные нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем элементов. Методика поверки». – Межгосуд. ст-т - СНГ

9. ГОСТ 8.592–2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Меры рельефные нанометрового диапазона из монокристаллического кремния. Требования к геометрическим формам, линейным размерам и выбору материала для изготовления». – Межгос. ст-т - СНГ

10. ГОСТ 8.593–2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые. Методика поверки». – Межгосуд. ст-т - СНГ

11. ГОСТ 8.594–2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы электронные растровые. Методика поверки». – Межгос. ст-т - СНГ

12. ГОСТ Р 8.696–2010 «Государственная система обеспечения единства измерений. Межплоскостные расстояния в кристаллах и распределение интенсивностей в дифракционных картинах. Методика выполнения измерений с помощью электронного дифрактометра».

13. ГОСТ Р 8.697–2010 «Государственная система обеспечения единства измерений. Межплоскостные расстояния в кристаллах. Методика выполнения измерений с помощью просвечивающего электронного микроскопа».

14. ГОСТ Р 8.698–2010 «Государственная система обеспечения единства измерений. Размерные параметры наночастиц и тонких пленок. Методика выполнения измерений с помощью малоуглового рентгеновского дифрактометра».

15. ГОСТ Р 8.700–2010 «Государственная система обеспечения единства измерений. Методика измерений эффективной высоты шероховатости поверхности с помощью сканирующего зондового атомно-силового микроскопа».

Дадим краткую характеристику первых стандартов.

1. ГОСТ Р 8.628-2007. Государственная система обеспечения единства измерений. Меры рельефные нанометрового диапазона из монокристаллического кремния. Требования к геометрическим формам, линейным размерам и выбору материала для изготовления.

Для проведения линейных измерений в диапазоне от 10^-9 до 10^-6 м используют растровые электронные или сканирующие зондовые атомно-силовые измерительные микроскопы (далее — микроскопы). Для их поверки и калибровки применяют материальные носители единицы длины (далее — меры), размеры элементов которых определяют, используя стабилизированное по частоте лазерное излучение. Длину волны лазерного излучения поверяют с помощью эталона длины.

На практике в качестве мер применяют рельефные меры нанометрового диапазона (далее — рельефные меры), представляющие собой пластину из монокристаллического кремния, на поверхности которой сформированы элементы рельефа определенной геометрической формы с размерами основных элементов не более от 10^-6 м.

В основе технологического процесса создания рельефных мер лежит использование анизотропного травления монокристаллического кремния: скорость травления в направлении одной из кристаллографических плоскостей в кристаллической структуре кремния в несколько тысяч раз превышает скорость травления в направлении другой кристаллографической плоскости. Угол между кристаллографическими плоскостями определен кристаллической структурой кремния. В результате формируются пространственные геометрические фигуры с известным углом наклона между боковыми стенками и основаниями. Ориентацию рабочей поверхности пластины, на которой формируются элементы рельефа, определяют рентгеновским дифракционным методом по методике, установленной в ГОСТ 19658—81.

Настоящий стандарт устанавливает требования к геометрическим формам и линейным размерам, а также к выбору материала для изготовления рельефных мер нанометрового диапазона из монокристаллического кремния (далее — рельефные меры) для диапазона линейных измерений от 10^-9 до 10^-6 м. Стандарт распространяется на рельефные меры, предназначенные для проведения всех видов поверок растровых электронных измерительных микроскопов по ГОСТ Р 8.631 и сканирующих зондовых атомно-силовых измерительных микроскопов по ГОСТ Р 8.630 при проведении государственного метрологического контроля (надзора), а также на рельефные меры, используемые при калибровке указанных типов микроскопов.

2. ГОСТ Р 8.629-2007. Государственная система обеспечения единства измерений. Меры рельефные нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем элементов. Методика поверки.

Настоящий стандарт распространяется на рельефные меры нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем элементов (далее — рельефные меры), линейные размеры и материал для изготовления которых соответствуют требованиям ГОСТ Р 8.628. Рельефные меры применяют при измерении линейных размеров в диапазоне от 10^-9 до 10^-6 м. Стандарт устанавливает методику первичной и периодических поверок рельефных мер. Межповерочный интервал рельефной меры — один год.

3. ГОСТ Р 8.630-2007. Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые измерительные. Методика поверки.

Настоящий стандарт распространяется на сканирующие зондовые атомно-силовые измерительные микроскопы (далее — микроскопы), применяемые для измерений линейных размеров в диапазоне от 10^-9 до 10^-6 м, и устанавливает методику их первичной и периодических поверок с использованием рельефных мер по ГОСТ Р 8.628 и ГОСТ Р 8.629. Межповерочный интервал микроскопа — один год.

4. ГОСТ Р 8.631-2007. Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы электронные растровые измерительные. Методика поверки.

Настоящий стандарт распространяется на измерительные растровые электронные микроскопы (далее — РЭМ), применяемые для измерений линейных размеров в диапазоне от 10^–9 до 10^–6 м, и устанавливает методику их первичной и периодических поверок с помощью рельефных мер по ГОСТ Р 8.628 и ГОСТ Р 8.629. Межповерочный интервал РЭМ — 6 мес.

5. ГОСТ Р 8.635-2007. Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые. Методика калибровки.

Настоящий стандарт распространяется на сканирующие зондовые атомно-силовые микроскопы (далее – микроскопы), применяемые для измерений линейных размеров в диапазоне от 10^–9 до 10^–6 м, и устанавливает методику их калибровки с использованием мер по ГОСТ Р 8.628 и ГОСТ Р 8.629.

6. ГОСТ Р 8.636-2007. Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы электронные растровые. Методика калибровки.

Настоящий стандарт распространяется на растровые электронные микроскопы (далее – РЭМ), применяемые для измерений линейных размеров в диапазоне от 10^–9 до 10^–6 м, и устанавливает методику их калибровки с помощью рельефных мер по ГОСТ Р 8.628 и ГОСТ Р 8.629.

7. ГОСТ Р 8.644-2008 Государственная система обеспечения единства измерений. Меры рельефные нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем элементов. Методика калибровки.

Настоящий стандарт распространяется на рельефные меры нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем элементов (далее — рельефные меры),

линейные размеры и материал для изготовления которых соответствуют требованиям ГОСТ Р 8.628. Рельефные меры применяют для измерения линейных размеров в диапазоне от 10^–9 до 10^–6 м. Стандарт устанавливает методику калибровки рельефных мер.

После 2010 года были приняты ещё несколько нанотехнологических стандартов, таких как ГОСТ Р 54336-2011, ГОСТ Р 54337-2011, ГОСТ Р 54338-2011, относящихся к «Системам экологического менеджмента в организациях, выпускающих нанопродукцию», ГОСТ Р 54617.1-2011, ГОСТ Р 54617.2-2011, посвящённых «Менеджменту риска в наноиндустрии» и другие, которые не относятся к группе стандартов «Государственной системы обеспечения единства измерений».

Для решения научно-технической проблемы обеспечения единства измерений в нанотехнологиях необходимо осуществить ряд научно-методических, технических и организационных мероприятий. В первую очередь, это создание новой структурной схемы передачи размера единиц физических величин от первичных эталонов рабочим средствам измерений. Она исключает многоступенчатость передачи. В этот комплекс мероприятий входят:

- фундаментальные исследования механизмов взаимодействия зондов измерительных систем с объектом измерения;

- разработка новых алгоритмов измерений и соответствующего им математического обеспечения, учитывающего влияние взаимодействия рабочего средства измерений с измеряемым объектом;

- создание новых мер – материальных носителей размера, обладающих свойствами, аналогичными свойствам вторичного эталона и измеряемого объекта;

- разработка и создание стандартных образцов состава, структуры и рельефа поверхности и стандартизованных методик измерений в нанометрии, обеспечивающих прослеживаемость передачи размера единицы физической величины от эталона рабочим средствам измерений в нанометровый диапазон без существенной потери точности для аттестации, калибровки и поверки средств измерений.