納米測量技術指尺度為0.01 nm～100 nm的測量技術。在納米技術中，納米測量技術、納米加工技術和納米結構并列為納米技術的三大研究主題。納米測量技術的研究是納米技術研究的重要組成部分。 

微型智能儀器將在21世紀儀器發展中占有重要的地位，各種微型智能儀器都將發揮重要的作用。微型智能儀器可把不同的微型機械電子系統（MEMS）組裝在一起。它既有固定部件，又有活動部件，并向微芯片的集成化方向發展；既可以是儀器，又可以是通用儀器；可以是分系統的組合，也可是單獨的系統。可進行模塊化的組合，根據不同的用途完成不同的使用要求。微型智能儀器有著極其廣闊的應用前景，是MEMS技術發展的重要方向之一。 

1　納米測量技術 

納米測量技術涉及傳感器技術、探針技術、定位技術、掃描探針顯微鏡（SPM）技術等。 

1.1　傳感器技術 

無論何種納米測量技術都必須依靠傳感器。目前進行納米測量的傳感器主要分為電感傳感器、電容傳感器、光干涉傳感器三類。 

在高精度測量中，電感傳感器應用廣。一般電感傳感器有線性差動變壓器（LVDT）和線性差動電感器（LVDI），兩種形式，它們都是當鐵磁線圈的位置變化引起磁場的變化，通過測量磁場變化達到測量位移的目的。 

電容位移傳感器采用平行極板之間的電容變化來反映兩極板距離變化，從而達到測微目的。電容傳感器靈敏度很高，并可進行非接觸測量，成為納米測量中重要的傳感器。 

光學位移傳感器測量的基本原理都是邁克爾遜干涉儀。干涉條紋的寬度為0.5 ??，約0.2　??m。通過細分達到納米分辨率。 

1.2　探針技術 

納米測量，特別是納米三維形貌的測量，經常應用探針技術。探針技術可分為接觸式探針技術和非接觸式探針技術。探針技術直接影響三維形貌測量的橫向分辨率。 

接觸式探針技術為典型的是輪廓儀（如taylorsurf系列），一般大行程為150 mm，探針小直徑為0.1 ??m左右。采用電容或電感傳感器檢測探針縱向位移，可以得到0.5 nm縱向分辨率。橫向分辨率受探針尖直徑的限制，難以達到納米級。接觸式探針儀器存在兩方面的問題：其一是探針和被測表面的相互作用問題；其二是傳感系統的潛力問題。接觸式探針和被測表面存在0.7 ??N的作用力，在納米尺度的測量中，這樣的力是致命的。作為傳感部分，光學系統的分辨率取決于光波長和可靠細分的程度，其極限是0.5 nm；LVDT的分辨率很高，可對10 pm緩慢變化值具有明顯響應，且分辨率還可能提高；電容傳感器的性能相當好，還有很大潛力。 

非接觸式掃描探針技術，一般是通過光束生成光探針，從而進行非接觸式三維形貌測量。光探針技術主要問題是探針光斑的小值和傳感器所能探測到小光斑的能力。 

綜上所述，在掃描探針技術中，垂直分辨率達到納米不成問題，而橫向分辨率的提高是關鍵。橫向分辨率，無論采用接觸式探針技術還是非接觸式探針技術，都較難達到納米尺度，這是由探針本身尺寸決定的。 

1．3　STM/AFM及相關技術 

在納米領域中，令人感到振奮的是掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM）的出現。1982年，商業機器公司蘇黎世實驗室開發出世界上*臺STM，使人類能夠直接觀察到納米世界。以后，各種新型掃描探針顯微鏡，如AFM、激光力顯微鏡（LFM）、磁力顯微鏡（MFM）、靜電力顯微鏡（EFM）、掃描近場光學顯微鏡（SNOM）等不斷被開發出來，大大擴展了被觀察的材料范圍和應用場所。 

以STM/AFM為基礎發展的顯微鏡，可統稱為掃描探針顯微鏡（SPM）。它們大都能觀測到納米尺度，以它們為基礎，進行適當的改造，可進行納米測量。SPM應用于納米測量時，提供了一個直徑非常小的非接觸式探針，從而極大地提高了測量分辨率。 

1．4　納米測量用SPM必須解決的問題 

（1）必須能滿足相應科學儀器的技術要求　作為測量儀器，必須盡量符合測量儀器的所有準則，如阿貝原理等。 

（2）所測得的量值必須能溯源到計量基準　作為測量儀器進行納米測量，本質就是納米被測尺度和納米級測量基準的比對，因此，測量值必須能夠與現有的測量基準進行傳遞。 

（3）提高SPM測量精度　測量用SPM由掃描器、微探針、測量控制系統及隔振系統組成。掃描器由壓電陶瓷組成；微探針的幾何形狀通常是金字塔式（pyramidshaped）和圓柱式（coneshapedtip）；測量和控制系統用光學、電容或電感方法來測量針尖的微小位移；隔振系統一般有懸掛彈簧式、彈簧阻尼式等：它們均是影響測量精度的重要指標。有以下幾個研究內容： 

a.減小壓電陶瓷誤差　SPM的掃描器由壓電陶瓷制成，減小壓電陶瓷誤差對測量數據的影響的方法是，采用電荷控制壓電陶瓷和單向掃描去除遲滯誤差，軟件補償減小非線性和蠕變誤差。 

b.減小掃描器的結構誤差　掃描器結構誤差導致了交叉誤差，如一維壓電陶瓷，在x方向加電壓時，引起了y、z方向的位移，從而導致誤差。通過對所測數據進行二次曲線擬合或整體曲面擬合去除交叉誤差。 

c.減小測量系統的結構誤差　從測量學的基本原理可知，在高精度測量時，測量系統的結構應盡可能符合阿貝測量原理。 

d.兼顧探針和樣品之間的相互作用關系　SPM探針的幾何形狀與采集的數椐密切相關。測量針尖的曲率半徑越小，測量結果越接近真實形貌。為了提高測量精度，必須對微探針的幾何形狀進行的控制和測量。使用時，兼顧樣品表面的精細程度，選取合適曲率半徑和縱橫比的探針。 

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