原子力显微镜是纳米科技的重要测量手段,本课题围绕原子力显微镜的计量化进行了系统的研究和分析,包括计量型原子力显微镜的建立、主要误差来源分析、计量型原子力显微镜的校准以及纳米标准样板的制造和测量分析。主要工作有:1.对原子力显微镜的测量模式、微悬臂位置检测方式、扫描器和计量系统进行了分析研究,指出了计量型原子力显微镜需要:1)采用柔性铰链+压电陶瓷组成的纳米位移台;2)具有三维激光干涉测量系统。2.研制了计量型原子力显微镜。对共焦传感器微悬臂位置系统、三维柔性铰链位移系统的结构进行了理论分析和实验测试。实现了无阿贝误差的三维激光干涉测量系统。采用分布控制方式的控制系统,提高了系统的测量速度。提出了一种新的x向扫描方式-x方向自适应变速扫描方式,根据表面结构的实时状况采用不同的扫描速度,可大大降低对z向位移的频率响应的要求,且又能保证较高的测量速度。3.分析了环境因素中温度、湿度、振动对原子力显微镜测量的影响,特别指出了在纳米测量中,温度导致的尺寸变化主要体现在仪器上而不是被测样品上。对针尖几何形状导致的测量误差进行了分析研究,阐述了几种表面重建方法,给出了相应的计算公式。4.对位置误差的校准与补偿进行系统的分析和研究,建立了扫描器的运动模型,首次提出了全空间校准的概念,并采用了单轴校准和全空间校准组合式的方案,完善了原子力显微镜的校准方法。提出并实现了微悬臂的校准方法,保证了从计量型原子力显微镜得到所有数据均可溯源到激光波长。5.研制了台阶高度和线宽两种纳米几何结构样板,与德国物理技术研究院(PTB)、中国科学院微电子中心和无锡华晶集团进行了比对测量。通过台阶高度和两维线间隔的国际比对,提出了两种样板的标准算法,首次对不确定度进行分析评定,建立标准的评定方法。6.计量型原子力显微镜于2007年4月通过了国家技术监督检验检疫总局组织的专家考核,即将成为正式的国家最高计量标准,用于我国台阶高度和线间隔两个参数的量值传递。