納米測(cè)量技術(shù)指尺度為0.01 nm～100 nm的測(cè)量技術(shù)。在納米技術(shù)中，納米測(cè)量技術(shù)、納米加工技術(shù)和納米結(jié)構(gòu)并列為納米技術(shù)的三大研究主題。納米測(cè)量技術(shù)的研究是納米技術(shù)研究的重要組成部分。
微型智能儀器將在21世紀(jì)儀器發(fā)展中占有重要的地位，各種微型智能儀器都將發(fā)揮重要的作用。微型智能儀器可把不同的微型機(jī)械電子系統(tǒng)（MEMS）組裝在一起。它既有固定部件，又有活動(dòng)部件，并向微芯片的集成化方向發(fā)展；既可以是儀器，又可以是通用儀器；可以是分系統(tǒng)的組合，也可是單獨(dú)的系統(tǒng)。可進(jìn)行模塊化的組合，根據(jù)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(yīng)用前景，是MEMS技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。
1 納米測(cè)量技術(shù)
納米測(cè)量技術(shù)涉及傳感器技術(shù)、探針技術(shù)、定位技術(shù)、掃描探針顯微鏡（SPM）技術(shù)等。
1.1 傳感器技術(shù)
無(wú)論何種納米測(cè)量技術(shù)都必須依靠傳感器。目前進(jìn)行納米測(cè)量的傳感器主要分為電感傳感器、電容傳感器、光干涉?zhèn)鞲衅魅悺?nbsp;
在高精度測(cè)量中，電感傳感器應(yīng)用廣。一般電感傳感器有線性差動(dòng)變壓器（LVDT）和線性差動(dòng)電感器（LVDI），兩種形式，它們都是當(dāng)鐵磁線圈的位置變化引起磁場(chǎng)的變化，通過(guò)測(cè)量磁場(chǎng)變化達(dá)到測(cè)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(lái)反映兩極板距離變化，從而達(dá)到測(cè)微目的。電容傳感器靈敏度很高，并可進(jìn)行非接觸測(cè)量，成為納米測(cè)量中重要的傳感器。
光學(xué)位移傳感器測(cè)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(guò)細(xì)分達(dá)到納米分辨率。
1.2 探針技術(shù)
納米測(cè)量，特別是納米三維形貌的測(cè)量，經(jīng)常應(yīng)用探針技術(shù)。探針技術(shù)可分為接觸式探針技術(shù)和非接觸式探針技術(shù)。探針技術(shù)直接影響三維形貌測(cè)量的橫向分辨率。
接觸式探針技術(shù)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(cè)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(dá)到納米級(jí)。接觸式探針儀器存在兩方面的問(wèn)題：其一是探針和被測(cè)表面的相互作用問(wèn)題；其二是傳感系統(tǒng)的潛力問(wèn)題。接觸式探針和被測(cè)表面存在0.7 ??N的作用力，在納米尺度的測(cè)量中，這樣的力是致命的。作為傳感部分，光學(xué)系統(tǒng)的分辨率取決于光波長(zhǎng)和可靠細(xì)分的程度，其極限是0.5 nm；LVDT的分辨率很高，可對(duì)10 pm緩慢變化值具有明顯響應(yīng)，且分辨率還可能提高；電容傳感器的性能相當(dāng)好，還有很大潛力。
非接觸式掃描探針技術(shù)，一般是通過(guò)光束生成光探針，從而進(jìn)行非接觸式三維形貌測(cè)量。光探針技術(shù)主要問(wèn)題是探針光斑的小值和傳感器所能探測(cè)到小光斑的能力。
綜上所述，在掃描探針技術(shù)中，垂直分辨率達(dá)到納米不成問(wèn)題，而橫向分辨率的提高是關(guān)鍵。橫向分辨率，無(wú)論采用接觸式探針技術(shù)還是非接觸式探針技術(shù)，都較難達(dá)到納米尺度，這是由探針本身尺寸決定的。
1．3 STM/AFM及相關(guān)技術(shù)
在納米領(lǐng)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(xiàn)。1982年，商業(yè)機(jī)器公司蘇黎世實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出世界上*臺(tái)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(chǎng)光學(xué)顯微鏡（SNOM）等不斷被開發(fā)出來(lái)，大大擴(kuò)展了被觀察的材料范圍和應(yīng)用場(chǎng)所。
以STM/AFM為基礎(chǔ)發(fā)展的顯微鏡，可統(tǒng)稱為掃描探針顯微鏡（SPM）。它們大都能觀測(cè)到納米尺度，以它們?yōu)榛A(chǔ)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑欤蛇M(jìn)行納米測(cè)量。SPM應(yīng)用于納米測(cè)量時(shí)，提供了一個(gè)直徑非常小的非接觸式探針，從而極大地提高了測(cè)量分辨率。
1．4 納米測(cè)量用SPM必須解決的問(wèn)題
（1）必須能滿足相應(yīng)科學(xué)儀器的技術(shù)要求 作為測(cè)量?jī)x器，必須盡量符合測(cè)量?jī)x器的所有準(zhǔn)則，如阿貝原理等。
（2）所測(cè)得的量值必須能溯源到計(jì)量基準(zhǔn) 作為測(cè)量?jī)x器進(jìn)行納米測(cè)量，本質(zhì)就是納米被測(cè)尺度和納米級(jí)測(cè)量基準(zhǔn)的比對(duì)，因此，測(cè)量值必須能夠與現(xiàn)有的測(cè)量基準(zhǔn)進(jìn)行傳遞。
（3）提高SPM測(cè)量精度 測(cè)量用SPM由掃描器、微探針、測(cè)量控制系統(tǒng)及隔振系統(tǒng)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(cè)量和控制系統(tǒng)用光學(xué)、電容或電感方法來(lái)測(cè)量針尖的微小位移；隔振系統(tǒng)一般有懸掛彈簧式、彈簧阻尼式等：它們均是影響測(cè)量精度的重要指標(biāo)。有以下幾個(gè)研究?jī)?nèi)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(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)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(bǔ)償減小非線性和蠕變誤差。
b.減小掃描器的結(jié)構(gòu)誤差 掃描器結(jié)構(gòu)誤差導(dǎo)致了交叉誤差，如一維壓電陶瓷，在x方向加電壓時(shí)，引起了y、z方向的位移，從而導(dǎo)致誤差。通過(guò)對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次曲線擬合或整體曲面擬合去除交叉誤差。
c.減小測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)誤差 從測(cè)量學(xué)的基本原理可知，在高精度測(cè)量時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能符合阿貝測(cè)量原理。
d.兼顧探針和樣品之間的相互作用關(guān)系 SPM探針的幾何形狀與采集的數(shù)椐密切相關(guān)。測(cè)量針尖的曲率半徑越小，測(cè)量結(jié)果越接近真實(shí)形貌。為了提高測(cè)量精度，必須對(duì)微探針的幾何形狀進(jìn)行的控制和測(cè)量。使用時(shí)，兼顧樣品表面的精細(xì)程度，選取合適曲率半徑和縱橫比的探針。
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