Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) нашли способ связать измерений, выполненных на интегральных устройств на микросхеме изготовления и других отраслях промышленности непосредственно на недавно пересмотрел международная система единиц (СИ, современная метрическая система). Прослеживаемость может значительно повысить доверие пользователей к их измерений, т. к. Си теперь полностью основана на фундаментальных констант природы.
Устройства, ни копейки-размер диска называют кварцевого микровзвешивания (qcm), является критически важным для предприятий, которые полагаются на точность контроля формирования тонких пленок. Очень тонкие: они колеблются от микрометров (миллионных долей метра) в несколько десятков нанометров (миллиардная часть метра, или около 10 000 раз тоньше, чем человеческий волос) и, как правило, производят в вакуумной камере при облучении поверхности мишени тщательно регулируется количество химических паров, который прилипает к поверхности и образует пленку. Чем больше экспозиция, тем толще пленка.
Тонкие пленки являются крайне важными компонентами электронных полупроводниковых приборов, оптических покрытий на линзы, светодиоды, фотоэлементы, магнитные носители информации для вычислений, и многие другие технологии. Они также используются в технологии измерения концентрации микробных контаминантов в воздухе патогенных микроорганизмов, находящихся в воде, а количество микроорганизмов, которые прикрепляются к биологической поверхности в процессе инфекции.
Все те, кто пользуется спросом чрезвычайно точные измерения толщины пленки. Потому что это трудно измерить напрямую, производители часто используют QCMs, которые имеют ценное свойство: когда переменный ток подается на них, они вибрируют на резонансной частоте, уникальный для каждого диска и его массы.
Чтобы точно определить, сколько материала фильма откладывается, они место на диске МКЯ в вакуумной камере и измеряют его резонансную частоту. Затем диск подвергается воздействию химических паров. Чем больше пара, который придерживается МКЯ, тем больше ее масса, и тем медленнее она вибрирует. Такое изменение частоты-это чувствительный показатель добавленной массы.
«Но, несмотря на повсеместное внедрение QCMs всей промышленности и научного сообщества», — сказал НИСТ физик и ведущий исследователь Кори Стамба, «прямая ссылка на Си единицей массы не существует.» Взаимоотношения в СИ за единицу массы (килограмм) и резонансная частота считается хорошо характеризует после десятилетий измерений МКЯ. Но спустя годы, индустрия сделал запросы к NIST относительно абсолютной массы точность измерения частоты. Новые результаты, представленные Стамбе и коллеги в значительной степени в ответ на эти запросы.
«Мы ожидаем, что наши результаты позволят на новый, более высокий уровень уверенности в результатах измерений МКЯ, обеспечивая прослеживаемость к новой Си», — сказал физик НИСТ Джошуа померила, кто в Стамбе и другим сообщить о своих выводах в журнале Metrologia. Переопределение единиц СИ в мае 2019 исключены предыдущей металлический прототип килограмма как стандартный и вместо того, чтобы определить килограмм с точки зрения квантовой постоянной.
В новом Си массы на уровне килограмма будут реализованы в Соединенных Штатах, используя то, что постоянно в балансе НИСТ по дробить.
В новом Си НИСТ они также разработали стандартный инструмент, называемый электростатический баланс сил (ЕФБ), что обеспечивает чрезвычайно точные измерения масс в миллиграммах и нижнего регистров), которые непосредственно связаны с Си по квантовой постоянной. ЭКО предоставляется команде со ссылкой миллиграмм размера-массы с точностью порядка долей микрограмм (1/1,000,000 от 1 грамма, или около одной миллионной массы в среднем скрепки).
Стамба и коллеги тщательно взвешивать без покрытия кварц диск, затем приостановил ее в вакуумную камеру и измеряют его резонансную частоту. Было около 0,5 метра (20 дюймов) ниже диске печи, которые нагревают количества золота до 1480 с (2700 Ф). Золотой пар от печи розу и прикрепила к нижней поверхности ПЬЕЗОКВАРЦЕВЫХ, наращивая свою массу и тем самым замедляя его резонансной частоты. Ученые повторили процедуру в разные промежутки времени и, следовательно, разные суммы масс аккреции. повторялся через разные промежутки времени. Исследователи на хранение золото пара была за разные промежутки времени и записываются последующие изменения в резонансной частоте. Они снова взвесил диск с помощью той же ЕФБ справочной массы. Это обеспечивает точное измерение изменения массы, и таким образом обеспечивается точное измерение количества золота на хранение.
В ходе работы группа также была проведена полная оценка неопределенности в измерениях МКЯ. Они определили наиболее точный математический метод корреляции добавлением массы к изменению резонансной частоты ПЬЕЗОКВАРЦЕВЫХ по.
«Эта работа является важным шагом в технике для отслеживания напрямую-и, таким образом, исправления для … масса которых изменяется с течением времени», — сказал НИСТ физик Зейна Kubarych.
В этой связи, новые результаты могут помочь улучшить массовое распространение следующие новые определения Си. Новый килограмм «понял» — преобразованы от абстрактного определения к физической реальности-через строго контролируемых лабораторных измерений в вакуумной камере. Но рабочие эталоны килограмма будет распространяться, как физически доставлено измерения-научных лабораторий-в виде металлических масс под открытым небом. Это означает, что водяной пар и все остальное находится в воздухе может адсорбировать на поверхности рабочего эталона килограмма, в результате неточных измерений его массы.
Потому что влажность и загрязнения воздуха существенно отличаться по всему миру, измерения тщательно откалибрированное массового стандарта может существенно отличаться от места к месту по той степенью точности, которая необходима для производства промышленных и научную метрологию. Если, однако, откалиброванного МКЯ были сопровождать каждого стандарта, он может обеспечить точное измерение количества адсорбированного материала в пути следования и в пункте назначения, помогая в лаборатории для получения более точных определениях новый килограмм принимая условия окружающей среды во внимание.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!