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Présentation
En anglais
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
-
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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AFM métrologique du LNE
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4. Microscope à force atomique métrologique
À l’échelle du nanomètre, le microscope à force atomique métrologique est le moyen de raccordement des mesures dimensionnelles au Système international d’unités. Il fait le lien entre, d’une part les utilisateurs de microscopes à champ proche à la base de la pyramide de traçabilité et, d’autre part, l’unité de longueur au sommet de la pyramide de traçabilité. Il s’agit d’un instrument de mesure dédié à l’étalonnage des étalons de transferts utilisés dans le domaine des nanosciences et nanotechnologies.
4.1 Définition
Un microscope à force atomique métrologique (mAFM, pour metrological atomic force microscope) ne diffère d’un AFM traditionnel (même principe de fonctionnement) [R 1 394] que par la nécessité – fondamentale – de renvoyer précisément une mesure dimensionnelle, au sens métrologique du terme. Il doit donc réaliser des mesures quantitatives pour lesquelles la traçabilité au SI est assurée et l’incertitude de mesure quantifiée. De façon schématique (figure 3), on peut définir un AFM métrologique comme un AFM traditionnel auquel sont intégrées des fonctions métrologiques qui doivent garantir la traçabilité des mesures dimensionnelles. Ce contrôle est assuré à l’aide de capteurs de position étalonnés qui mesurent en temps réel la position relative de la pointe par rapport à l’échantillon lors du balayage. Ainsi à chaque pixel de l’image correspondent des coordonnées XYZ fournies par des capteurs étalonnés. La mesure dimensionnelle réalisée par un AFM métrologique est donc directement traçable à la définition du mètre. L’ensemble de l'instrument est ensuite caractérisé et étalonné. L’objectif est alors de constater puis de réduire, si cela est possible, les écarts de mesure en travaillant sur les caractéristiques intrinsèques de l'instrument (réglage des paramètres d’étalonnage, alignement des capteurs,...
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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).
-
(6) - * - Comptes Rendus de la 17e CGPM (1983), 97 (1984).
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