Метрологическое обеспечение измерительных систем (стр. 4 )

Под нанотехнологиями подразумевается:

– понимание и управление сущностью и процессами в масштабе нанометра, как правило, но не исключительно, менее 100 нанометров в одном или более измерениях, где ввод в действие зависящего от размеров явления дает возможность новых применений;

– использование свойств материалов в нанометрическом масштабе, которые отличаются от свойств индивидуальных атомов, молекул и веществ в объеме, для создания более совершенных материалов, приборов и систем, применяющих эти новые свойства.

Нанотехнологии предопределяют специфику объектов исследования и выдвигают в качестве первоочередной задачу обеспечения единства измерений геометрических параметров объекта в нанометровом диапазоне. Это привело к рождению и развитию нанометрологии [1], в которой обеспечению единства измерений параметров нанообъектов принадлежит ведущая и основополагающая роль.

Нанотехнологии оперируют с объектами нанометровой протяженности, что обусловливает необходимость обеспечения единства линейных измерений в нанометровом диапазоне. Метрология линейных измерений в нанометровом диапазоне присутствует в подавляющем большинстве методов и средств измерений физико-химических параметров и свойств нанообъектов. При этом особую важность приобретают вопросы, касающиеся аттестации методик выполнения измерений (МВИ), поверки и калибровки средств измерений, которые являются сложными и высокоточными измерительными системами, хранения и передачи размера единицы физической величины в нанометровый диапазон, характеризующийся специфическими особенностями.

Измерения в нанометровом диапазоне и обработка их результатов невозможна без создания системы базисных эталонов в нанотехнологиях, применяющих современные измерительные системы с соответствующим программным обеспечением.

Также невозможно решить задачи обеспечения единства измерений в нанометровом диапазоне без создания правовой и нормативно-технической базы метрологического обеспечения измерительных систем, применяемых в наноиндустрии.

Особенностью нанотехнологий является их межотраслевой характер, при котором одно и то же явление, обусловленное масштабным эффектом, может быть использовано в различных сферах: создание, исследование и производство новых материалов, материаловедение, информационно-телекоммуникационные и космические технологии, медицина, фармакология, сельское хозяйство, экология и др.

В настоящее время различные исследовательские, технологические и измерительные подходы и методы, используемые разными отраслевыми научно-производственными центрами, а также отсутствие стандартизованной терминологии и систематизированной нормативной базы ведут к разобщённости, затрудняют обмен передовым опытом и внедрение достижений в смежных отраслях. Мощным объединяющим началом в создании и внедрении нанотехнологий должна стать нанометрология, носящая междисциплинарный характер, и соответствующая правовая и нормативно-техническая база для обеспечения единства измерений в нанометровом диапазоне.

В 2006 г. специалисты ОАО “НИЦПВ”, как организации, ведущей секретариат ТК 441 “Наукоемкие технологии”, который включает подкомитеты (ПК) по вопросам нанотехнологий, в инициативном порядке разработали проекты следующих национальных стандартов:

– “ГСИ. Меры рельефные нанометрового диапазона. Общие требования”;

– “ГСИ. Меры рельефные нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем элементов. Методика поверки”;

– “ГСИ. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые измерительные. Методика поверки”;

– “ГСИ. Микроскопы электронные растровые измерительные. Методика поверки”.

Утверждение указанных стандартов планируется до конца 2006 г.

Утверждение национальных стандартов, определяющих общие требования к мерам рельефным нанометрового диапазона, как нанообъектам – носителям метрологических характеристик, и методики поверки для их применения в области нанометрологии является лишь первым шагом в стандартизации требований к средствам измерений в нанометровом диапазоне, создании правовой и нормативно-технической базы метрологического обеспечения измерительных систем, применяемых в наноиндустрии.

Все нормативные документы, приведённые в Указателе нормативных документов в области метрологии и в табл. 1, регламентируют процедуры методик поверки оптических микроскопов, применяемых для измерений в микрометровом диапазоне, и не могут применяться для метрологического обеспечения измерительных систем наноиндустрии.

Как видно из табл. 1 методики поверки микроскопов, разрабатывались с конца 50-х годов и последняя методика поверки МИ 2256-93 была зарегистрирована 13 лет назад.

Таблица 1

Вид НД	Номер	Наименование	Группа
ГОСТ	8.003-83	ГСИ. Микроскопы инструментальные. Методы и средства поверки	Т88.1.
МУ	314	По поверке отсчетных микроскопов типа МИР-2	Т88.1.
И	147-58	По поверке двойных микроскопов	Т88.1.
И	278-65	По поверке измерительных микроскопов типа МИ-1	Т88.1.
МИ	36-75*	ГСИ. Методика поверки отсчетных микроскопов типа МПБ-2	Т88.1.
МИ	100-76	ГСИ. Методика поверки отсчетных микроскопов типа МПВ-1	Т88.1.
МИ	236-81	ГСИ. Микроскопы универсальные УИМ-21, УИМ-23, УИМ-29. Методы и средства поверки	Т88.1.
МИ	701-85	ГСИ. Однообъективный растровый измерительный микроскоп ОРИМ-1. Методика поверки	Т88.1.
МИ	734-85	ГСИ. Микроскоп измерительный упрощенный МИР-3. Методика поверки	Т88.1.
МИ	2256-93	ГСИ. Микроскоп конфокальный. Методика поверки	Т88.10.

В то время, когда были разработаны указанные НД, о нанотехнологиях и наноиндустрии ещё никто не думал.

Первой страной, оценившей возможности нанотехнологии, стали Соединенные Штаты Америки, где в феврале 2000 г. была принята научно-техническая программа под названием “Национальная технологическая инициатива” [2], рассчитанная на 20 лет.

Следом за США разработкой нанотехнологий занялась Япония. В 2001 г. была разработана национальная научно-техническая программа “Нанотехнология и будущее общество. n-Plan21”.

В России была принята Федеральная целевая научно-техническая программа “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники” на 2002-2006 годы с разделом “Индустрия наносистем. Материалы”.

ОАО “НИЦПВ” для метрологического обеспечения наноиндустрии в 2003-2004 г. г. были разработаны методики калибровки измерительных систем, предназначенных для измерений линейных размеров (периода, шага, ширины линии, высоты ступени), микро - и нанорельефа поверхности твердотельных структур, растровых электронных микроскопов (РЭМ) и сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ), а также измерительных систем на их основе.

Для применения указанных и других измерительных систем в нанометровом и прилегающему к нему диапазонах ОАО “НИЦПВ” были разработаны МВИ линейных размеров топологии микрорельефа поверхности твердотельных материалов с помощью РЭМ, СЗМ и просвечивающего электронного микроскопа EM430 ST.

ОАО “НИЦПВ”, в рамках Межгосударственной программы “Создание эталонов единицы длины нового поколения в диапазоне 10–10 – 10–6 м на 2002 – 2006 годы”, реализуемой под эгидой Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (МГС) Содружества Независимых Государств (СНГ) в рамках работ Научно-технической комиссии по метрологии (НТКМетр), провел комплекс исследований и работ по созданию эталонного комплекса нового поколения на основе растровой электронной и сканирующей зондовой микроскопии, обеспечивающий воспроизведение и передачу единицы длины в диапазоне 10–9–10–4 м с неопределённостью 0,5–3 нм.

В рамках программы разработаны:

– проект концепции измерений геометрических параметров объектов и структур нанометрового диапазона с целью обеспечения единства измерений в нанотехнологиях и передачи размера единицы длины в диапазоне 10–9–10–4 м;

– технология передачи размера единицы длины в диапазо-
не 10–9–10–4 м растровым электронным микроскопом (РЭМ) и сканирующем зондовым микроскопом (СЗМ) – основным средствам линейных измерений используемых в нанотехнологиях;

– методики поверки (калибровки) растровых электронных микроскопов (РЭМ) и сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ);

– меры ширины и периода специальные (МШПС-2.0К) нанометрового диапазона для передачи размера единицы длины в диапазо-
не 10–9–10–4 м.

Приоритетные направления развития науки, технологий и техники в Российской Федерации, утвержденные Президентом Российской Федерации 21 мая 2006г. (№ Пр-843), и решения Правительства Российской Федерации, принятые на заседании 7 сентября 2006г., о завершении до 1 октября 2006 г. разработки федеральной целевой программы “Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации” на 2007-2010 годы и необходимых мерах по развитию нанотехнологий в Российской Федерации ставят задачу формирования приборно-инструментальной базы мирового уровня для проведения исследований и разработок в области нанотехнологий и наноматериалов, развития приборного оснащения на системной основе создаваемой национальной нанотехнологической сети.

ОАО “НИЦПВ” и Ростехрегулированием разработан и предлагается для принятия НТКМетр и МГС проект Межгосударственной программы по созданию эталонов единицы длины в области нанометрии на 2007–2009 г. г.

Одновременно, в рамках “Евроазиатского сотрудничества государственных метрологических учреждений” (далее – КООМЕТ), ОАО “НИЦПВ” координирует тему 305/RU/04 “Метрологическое обеспечение нанотехнологий”.