Bibliographie & annexes
Présentation
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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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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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Un contexte favorable au développement de la nanométrologie
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1. Introduction
Depuis son invention en 1986 par G. Binnig, C.F. Quate et C. Gerber, le microscope à force atomique (AFM, pour atomic force microscope) est devenu au fil du temps un instrument incontournable pour la nanocaractérisation. Très répandu, il permet de mesurer une grande variété de propriétés de surface (dimensionnelles, mécaniques, électriques, magnétiques…) avec une résolution spatiale nanométrique, voire subnanométrique. Son principe de fonctionnement relativement simple permet d’imager dans des milieux aussi diversifiés que l’air, le vide, les liquides, les milieux biologiques… C’est une des raisons pour laquelle l’AFM trouve aujourd’hui de nombreuses applications dans les laboratoires de recherche, mais aussi dans le secteur industriel où il peut être utilisé pour contrôler la qualité de la production (état de surface de carrosserie automobile, rugosité d’optique, mesure dimensionnelle de nanostructures ou de nanoparticules…). Pour accroître la justesse des mesures dimensionnelles délivrées par l’AFM, l’utilisateur peut être amené à étalonner les déplacements du scanner en charge du balayage de la pointe par rapport à la surface analysée. Pour cela, l’utilisateur image un étalon de transfert qui, dans la majorité des cas, présente en surface des structures périodiques mono ou bidimensionnelles dont le pas et la hauteur sont parfaitement contrôlés lors de la fabrication. Afin de remplir leur rôle d’étalon, les dimensions spécifiques de ces structures doivent également être mesurées et étalonnées par un instrument de référence. Cet instrument doit être capable d’établir une traçabilité de la mesure au Système international d’unités (SI) en exprimant la grandeur mesurée en unité du SI et en l’associant à une incertitude de mesure dûment établie. Cet instrument est un AFM dit « métrologique ». Il est développé au sein de laboratoires de métrologie. Son principe de fonctionnement est le même qu’un AFM classique si ce n’est qu’il est équipé d’un système de mesure de position par interférométrie qui lui permet de déterminer en temps réel et pour chaque pixel de l’image la position relative de la pointe par rapport à l’échantillon. L’instrument est spécialement conçu pour maîtriser l’incertitude de la mesure qu’il délivre. Grâce...
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Introduction
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).
-
(6) - * - Comptes Rendus de la 17e CGPM (1983), 97 (1984).
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