扫描隧道显微镜是高精度纳米级表面测量仪器,由于扫描隧道显微镜工作时的隧道间隙在几个纳米左右,外界任何微小的随机振动传递到仪器都会对测量结果产生影响,失去被测物表面的特征信息。因此,研究微振动,特别是低频纳米级振动在隧道状态下对隧道间隙的影响具有很重要的意义。实验表明,实验系统在隧道状态下对纳米级振动有很好的幅频响应。

几何量计量已经走进纳米空间,本文在讨论纳米计量的必要性、可能性和特殊性的基础上介绍并总结了几何量纳米计量的基本方法和仪器。

使用德国SIOS公司生产的纳米坐标测量机微动平台作为调整机构,配合自行研制的隧道电流传感器,通过外加振动源,在隧道状态下对纳米级振动进行了检测实验.纳米级振动的研究既可以分析微弱振动对扫描隧道显微镜的作用机理,为以后的扫描隧道显微镜设计提供参考,又可以使振动测量的结果作为扫描隧道显微镜的振动补偿,提高扫描隧道显微镜的测量精度.

基于流体的混合长度理论,讨论了超声波非接触测量中的流速补偿问题,给出了测量系统的硬件结构框图.针对超声波检测流量中流场分布的特点,提出了高精度检测流量的实用方法,并详细介绍了测量中软件的实现过程,还分析了测量误差来源及消除误差的方法.

提出了一种基于显微干涉和有限差分法在微悬臂梁上实现曲率精确测量的方法。该方法将使用相移显微干涉法测得的微悬臂梁表面弯曲信息与用有限差分法解析的弯曲量进行对比，再运用拟牛顿算法或最小二乘法得到曲率的最佳匹配值。实验结果表明：使用该方法可获得弯曲量测量值和解析值之间的均方根差值在1．5nm以内的精确曲率值，并且一定的像素偏移带来的误差对曲率测量的结果影响很小。由于方法保留了光学干涉法高分辨率及高精度等优点，并考虑了非理想边界条件的影响，在MEMS残余应力和应力梯度测量中具有较大实用价值。

商业化和大多数自制SPM开发和研制的目的卞要是获得表自的信息，要想使适合扫描探针加土的要求，必须对其进行一些必要的改进。木文讨论在DI公司多功能SPM基础上开发的纳米加土系统。

阿贝(Abbe)误差作为纳米计量中的主要误差之一限制着测量精度的提高,故提出了一种新型STM纳米计量仪器,采用3个微型激光干涉仪与STM联用.微型激光干涉仪用来测量探针相对于样品在3个方向上空间位移.与其它STM纳米计量仪器相比,该仪器扫描部分放弃了传统管式扫描器和三角架扫描器,将扫描分为Z向和X-Y平面扫描两部分,Z向扫描由独立的PZT驱动,X-Y扫描由两个PZT驱动的柔性平行四杆导轨完成.这种设计理论上能使Z方向上Abbe误差完全消除,X-Y方向上Abbe臂缩小到扫描范围的一半,最大50 μm,使Abbe误差减小至可忽略的程度.微型激光干涉仪的使用还消除了扫描器PZT的非线性、滞后、爬行和老化等误差.

介绍了一种采用双单元扫描隧道显微镜实现纳米超微定位超微加工的新方法，双单元扫描隧道显微镜由两个Ｚ向同轴ＳＴＭ单元上下组合而成，分别作为样品测量加工单凶与参考定位单元，两者共用一个ＸＹ扫描器，参考定位单元以规则的晶格空间为参考，采用原子阵列伺服寻踪和针尖锁定剂到原子的技术，可以实现纳米级超微定位，与参考定位单元具有相同定位精度的样品测量加工单元采用电压脉冲法可以形成样品表面上的纳米级特征结构。

提出了一种高分辨率，高频响的光栅纳米测量细分方法－动态跟踪细分法。它综合了计算机正切细分法细分份数大，电阻链细分法工作速度快，频响亮的优点，电路原理清晰，结构简单，能够同时适用于动态和静态测量，较好地解决了光栅纳米测量的信号处理过程中的高速度与高分辨率，高准确度的矛盾。实验表明，动态跟踪细分法能够在400细分时实现100kHz以上的频率响应速度，配合信号周期2μm的光栅传感器，可以得到5nm的测量分辨率，为光栅纳米测量技术应用于实时测量和实时控制打下了良好的基础，是一种非常有发展前途的新的莫尔条纹细分方法。

对现有的商业化SPM进行了一些必要的改造,使其适合于扫描探针加工的要求.讨论了在DI公司多功能SPM基础上开发纳米加工系统的可能性,并提供了一套完整的信号施加、过程监测和环境控制的方法,实现了矢量式的纳米氧化加工,得到了30nm宽的氧化结构,为下一步进行纳米电子器件的构建奠定了基础.