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同济大学主导研制的超精密纳米光栅获批两项国家一级标准物质
2021-04-20 13:43:00
同济大学
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  近日,国家市场监督管理总局正式发文批准了同济大学、中国计量科学研究院、中国科学院上海应用物理研究所联合研制的两种超精密纳米光栅成为国家一级标准物质。具体名称为:一是一维铬纳米光栅标准物质,光栅间距212.8nm±1.1nm(k=2),GBW13982;二是一维硅纳米光栅标准物质,光栅间距106.4nm±0.7nm(k=2),GBW13983。上述标准物质填补了我国300nm尺度以下有证光栅标准物质的空白,为实现我国在纳米长度计量方面自主溯源提供了标准物质支撑。

  标准物质是国家依法管理的计量标准器具,作为高度均匀、良好稳定和量值准确的测量标准,具有复现、保存和量值传递的基本作用。超精密光栅是精密位移测量、微纳加工检测装备校准、高端仪器开发等领域的关键器件。依托同济大学物理科学与工程学院的先进微结构材料教育部重点实验室,李同保院士团队自2002年起即在国内率先开展了原子光刻技术研制可溯源至自然常数的超精密光栅的研制工作,所研制的间距为212.8nm的铬光栅具有跨尺度(从百纳米到毫米)的均匀性。同时,研究团队在国际上首次提出基于“原子光刻+软X射线干涉光刻”的超精密光栅倍频新方法,联合上海光源邰仁忠研究员团队研制了间距为106.4nm硅光栅。上述两种超精密光栅经过中国计量科学研究院纳米计量团队进行长达一年的均匀性检验、稳定性检验及可溯源至“米”定义的计量定值,表明光栅关键参数稳定可靠、质量达到实用化水平,可用于各类纳米测量仪器的校准与精密位移测量,为半导体、光电子、人工智能等领域的发展提供基础支撑。

  计量单位量子化、量值传递扁平化是国际计量科学的发展趋势。在科技部“国家质量基础的共性技术研究与应用”重点专项中,明确在任务链中布局开展“高准确度标准物质和量值传递扁平化”的研究任务,由我校李同保院士团队牵头承担的国家重点研发计划项目“纳米级晶圆光刻标校光栅标准器关键技术研究及计量标准器研制”(项目编号:2019YFF0216400)即是该研究任务的重要组成部分。此次我校获批的两项光栅国家一级标准物质,其光栅间距可以直接溯源到铬跃迁频率,具有极高的准确性、均匀性与一致性,具备自溯源特征。2019年,经德国联邦物理技术研究院(PTB)计量定值验证表明,两种自溯源光栅的准确性、均匀性与一致性均可以达到皮米量级,具备无需定值即可作为长度标准使用的天然优势。目前,项目团队正在开展基于自溯源光栅的测量与加工仪器校准、精密位移测量、自然常数比对等研究工作,并积极推广在光电子和微电子产业方面的示范应用。

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