基于原子操控的纳米节距标准的关键理论与技术研究

纳米制造是支撑纳米科技走向应用的基础。建立纳米制造过程的精确表征与计量方法是纳米技术发展的关键，也是纳米级测量仪器精确校准和计量溯源的核心。利用微－纳加工技术刻蚀的纳米节距标准不能直接溯源于激光波长，需要高准确度计量型原子力显微镜来测量修正。激光操控原子沉积纳米光栅是一种可直接溯源于长度"米"定义的研制纳米节距标准方法。利用该方法研制的节距标准平均相对不确定度为十万分之一。我们已用该技术得到了213nm节距标准样品,本项目将探索利用该技术研制53nm节距标准所涉及的关键科学问题。建立Cr原子与偏振梯度激光驻波场作用理论模型，探索原子的运动规律；探索用塞曼慢化得到纵向速度小于20m/s冷原子源的理论与实验方法；构建原子在硅片上生长的理论模型；研制间距达53nm的周期结构样品；完成53nm节距标准样片的测试与表征，为我国纳米长度计量标准研究奠定重要基础。

纳米制造是支撑纳米科技走向应用的基础。建立纳米制造过程的精确表征与计量方法是纳米技术发展的关键，也是纳米级测量仪器精确校准和计量溯源的核心。利用微－纳加工技术刻蚀的纳米节距标准不能直接溯源于激光波长，需要高准确度计量型原子力显微镜来测量修正。激光操控原子沉积纳米光栅是一种可直接溯源于长度“米”定义的研制纳米节距标准方法。利用该方法研制的节距标准平均相对不确定度为十万分之一。我们已用该技术得到了213nm节距标准样品,本项目将利用两种技术研制53nm节距标准所涉及的关键科学问题。取得的主要成果：(1）通过改变生长工艺优化试验参数提高了213nm节距光栅条纹的对比度。光栅条纹高度为30nm。具有光栅结构的面积可达250*1400μm2，实现了从毫米-微米-纳米的跨尺度测量；(2)实现了周期为106nm节距光栅条纹的研制；（3）利用基于AFM的纳米刻划与阳极氧化技术得到了节距为26nm光栅结构、二维结构及更复杂结构。（4）利用BD（抛物线沉积）模型构建原子在硅片上生长的理论模型，分析了Cr原子在硅基板上的生长规律，并分析了原子表面生长过程对纳米光栅条纹的半高宽度与对比度的影响。项目执行期间在国内外重要学术期刊发表论文18篇，其中SCI 10篇，EI 6篇，核心1篇。申请国家专利2项，一项已授权。培养博士研究生6名，硕士研究生6名。项目执行期间还得到了一项国家重大仪器专项两项重点实验室联合基金的支持。