计量型紫外显微镜位移溯源及线宽测量技术的研究

发布时间：2017-04-06 15:10

  本文关键词：计量型紫外显微镜位移溯源及线宽测量技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对目前紫外光学显微镜的测量值无法直接溯源至国际长度基准SI单位的问题,对中国计量科学研究院正在研制的紫外光学显微镜微纳线宽标准测量装置中位移溯源及线宽测量技术进行了研究,实现了该装置对微纳线宽的测量,其测量值可直接溯源至激光波长,本文的主要研究工作如下:首先,研究了紫外光学显微镜微纳线宽标准测量装置的基本原理,详细介绍了整个装置的基本硬件结构。采用激光外差干涉法,设计了无阿贝误差和具有波长补偿模块的激光干涉测量系统,实现装置扫描过程中的位移测量与溯源。并设计了干涉系统硬件电路,实现测量数据的高速硬件输出,最高可以达到20MHz的数据更新率。其次,根据装置的测量需求,完成了光电倍增管选型及其分光结构设计。设计了高性能的硬件电路,实现对光电倍增管输出信号的放大和滤波,其中滤波电路采用无限增益多路反馈型二阶低通滤波电路加RC低通滤波的形式,具有较高的稳定性和滤波性能。同时为了降低电磁干扰,设计了硬件电路屏蔽盒。再者,对装置信号触发与采集系统进行了设计,实现了装置在扫描过程中的等位移间隔采集,同步触发精度高于25ns。系统硬件部分采用了PXI平台、FPGA板卡及AD高速采集卡,通过FPGA的高速硬件处理能力和PXI平台提供的同步总线,满足系统的硬件需求。系统软件基于LabVIEW2014和LabVIEW FPGA模块进行开发,实现等位移间隔触发与采集的同时,具有干涉系统数据实时显示、扫描历史记录、线宽扫描曲线预览、数据保存、数据分析等功能。最后,进行了装置微纳线宽测量实验,通过对2μm栅格进行线宽测量,验证了该装置的微纳线宽测量能力,装置的测量重复性引入的不确定度为2.97nm。
【关键词】：计量型紫外光学显微镜 激光外差干涉法 无限增益多路反馈型电路 等位移间隔采集 PXI平台 FPGA
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH742
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• abstract7-16
• 1 绪论16-23
• 1.1 课题研究背景、目的及意义16-17
• 1.2 纳米测量技术17-20
• 1.3 计量型紫外光学显微镜的国内外发展现状20-21
• 1.4 本文主要研究内容21-23
• 2 紫外光学显微镜微纳线宽标准测量装置23-35
• 2.1 装置测量原理23-24
• 2.2 装置结构组成24-34
• 2.2.1 光学成像系统25-29
• 2.2.2 位移系统29-32
• 2.2.3 激光干涉测量系统32
• 2.2.4 照明系统32-34
• 2.3 本章小结34-35
• 3 激光干涉测量系统及其硬件电路设计35-47
• 3.1 激光干涉测量系统35-43
• 3.1.1 激光外差干涉测量35-37
• 3.1.2 干涉系统光路布局及结构设计37-43
• 3.2 干涉系统硬件电路设计43-46
• 3.3 本章小结46-47
• 4 光电倍增管硬件电路设计47-59
• 4.1 光电倍增管及其分光结构47-52
• 4.1.1 光电倍增管47-50
• 4.1.2 分光结构设计50-52
• 4.2 光电倍增管硬件电路52-58
• 4.2.1 放大滤波电路52-57
• 4.2.2 屏蔽盒设计57-58
• 4.3 本章小结58-59
• 5 信号触发与采集系统59-80
• 5.1 系统硬件设计59-66
• 5.1.1 PXI平台59-61
• 5.1.2 干涉系统信号触发、采集硬件61-63
• 5.1.3 光电倍增管AD采集硬件63-64
• 5.1.4 硬件整体结构64-66
• 5.2 系统软件设计66-79
• 5.2.1 总体设计66-67
• 5.2.2 FPGA终端模块67-73
• 5.2.3 FPGA上位机模块73-76
• 5.2.4 AD采集模块76-77
• 5.2.5 状态机主程序77-79
• 5.3 本章小结79-80
• 6 实验结果与分析80-88
• 6.1 实验装置80
• 6.2 实验环境80-81
• 6.3 2μm栅格样板线宽测量实验81-85
• 6.4 测量数据处理85-86
• 6.5 误差源分析86-87
• 6.6 本章小结87-88
• 7 总结与展望88-91
• 7.1 全文总结88-89
• 7.2 本论文创新点89
• 7.3 展望89-91
• 参考文献91-94
• 作者简介94-95

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