Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article décrit le contexte du développement et la mise en œuvre d’un microscope à force atomique métrologique. C’est un instrument de référence, traçable au système international d’unités et dédié à la pratique de la nanométrologie dimensionnelle. Sa conception spécifique permet de maîtriser l’incertitude de mesure. Il est principalement utilisé pour l’étalonnage des étalons couramment employés dans le domaine de la microscopie en champ proche ou de la microscopie électronique.
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This article describes the context of the development and implementation of a metrological atomic force microscope. It is a device of reference, traceable to the International System of units and dedicated to the practice of dimensional nanometrology. Its specific design allows for controlling measurement uncertainty. It is mainly used for the calibration of standards normally used in the field of scanning probe microscopy or scanning electron microscopy.
Auteur(s)
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Sébastien DUCOURTIEUX : Ingénieur de recherche en nanométrologie - Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE), pôle de recherche en métrologie avancée, équipe nanométrologie, Trappes, France
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Benoît POYET : Ingénieur de recherche en nanométrologie - Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE), pôle de recherche en métrologie avancée, équipe nanométrologie, Trappes, France
INTRODUCTION
Cet article décrit le contexte du développement et la mise en œuvre d’un microscope à force atomique métrologique. C’est un instrument de référence, traçable au Système international d’unités et dédié à la pratique de la nanométrologie dimensionnelle. Sa conception spécifique permet de maîtriser l’incertitude de mesure. Il est principalement utilisé pour l’étalonnage des étalons couramment employés dans le domaine de la microscopie en champ proche ou de la microscopie électronique.
This article describes the context of the development and the implementation of a metrological atomic force microscope. This is a reference instrument traceable to the International System of Units and dedicated to the practice of dimensional nanometrology. Its specific design allows a control of the measurement uncertainty. It is mainly used for the calibration of standards usually employed in the field of scanning probe microscopy or scanning electron microscopy.
microscopie à force atomique, nanométrologie dimensionnelle, état de l’art, traçabilité, SI, étalon.
atomic force microscopy, dimensional nanometrology, State of the art, traceability, SI, standard.
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Conclusion et perspectives6. Performances
6.1 Stabilité de la chaîne métrologique
Les premiers résultats présentés permettent d’évaluer la stabilité de la chaîne métrologique du mAFM. Ces données sont très importantes car elles représentent la limite ultime que pourra atteindre la stabilité en position de l’instrument lorsque celui-ci effectuera des mesures en boucle fermée. En effet, lorsqu’il travaille en boucle ouverte, l’instrument est sujet aux dérives. Ces dérives ont par exemple pour origine les dilatations mécaniques du montage ou les dérives des vérins piézo-électriques. Même si ces dérives sont présentes, elles sont pour la plupart mesurées par la chaîne métrologique ce qui permet, lorsque l’instrument fonctionne en boucle fermée, de les compenser. Cette compensation a toutefois ses limites. En effet, les dérives de la chaîne métrologique ne sont pas mesurées, par conséquent, elles ne peuvent pas être corrigées ou compensées. La stabilité du système de mise en position de l’instrument dépend ainsi complètement de la stabilité de la chaîne métrologique. Pour le mAFM, quatre chaînes distinctes sont présentes. Elles sont associées à chaque mesure de position par interférométrie (voir figure 21). Chacune d’elle passe par l’extrémité de la pointe, l’échantillon, le support échantillon, le prisme en Zerodur disposé sous l’échantillon, le faisceau mesurant, l’interféromètre avant de reboucler vers la pointe en repassant par le faisceau de référence et le prisme de référence lié à la pointe. Par conséquent, chacun des éléments de la chaîne métrologique doit être stable dans le temps. En conclusion tout repose sur trois éléments : l’interféromètre, les prismes en Zerodur et l’air enfermé dans les cavités dans lesquels se propagent les faisceaux.
Une première indication sur la stabilité de la chaîne métrologique provient de la stabilité thermique du montage. Un enregistrement des températures dans les cavités des faisceaux ainsi que dans la salle du mAFM est présenté sur la figure 22. La stabilité thermique de l’air dans la salle est d’environ 0,04 °C sur 10 heures de mesure. Dans les cavités et pour la même période...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - The Royal Society & The Royal Academy of Engineering - Nanoscience and nanotechnologies : opportunities and uncertainties - http://www.nanotec.org.uk/finalReport.htm (juillet 2004).
-
(2) - TODUA (P.-A.) - Metrology and standardization in nanotechnologies and the nanoindustry - Meas. Tech. Vol 51, N° 5, 462-469 (2008).
-
(3) - SCHRURS (F.), LISON (D.) - Focusing the research efforts - Nature Nanotechnology, vol. 7 (septembre 2012).
-
(4) - Nanometrology - Smart Materials Bulletin, vol. 4, 7-10 (avril 2002).
-
(5) - Bureau international des poids et mesures (BIPM) - Le Système international d’unités - 8e édition (2006).
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(6) - * - Comptes Rendus de la 17e CGPM (1983), 97 (1984).
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