Väitös nanometrologiasta

Petr Klapetek, Virpi Korpelainen ja Jyrki Räisänen.

Petr Klapetek, Virpi Korpelainen ja Jyrki Räisänen.

MIKESin tutkija Virpi Korpelainen väitteli 26.11.2014 Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa aiheesta ”Traceability for nanometre scale measurements. Atomic force microscopes in dimensional nanometrology” (Nanometriskaalan mittausten jäljitettävyys, atomivoimamikroskoopit nanometrologiassa) Vastaväittäjänä oli Petr Klapetek, Tšekin kansallisesta metrologialaitoksesta.

Väitöskirjatyössä luotiin jäljitettävyysketju nanometritason mittauksille Suomessa. Tätä varten kehitettiin laitteita ja menetelmiä nanomittakaavan mittanormaalien kalibrointiin. Kehitettyjen metrologisen atomivoimamikroskoopin (MAFM) ja laserdiffraktometrin jäljitettävyys metrin määritelmään saadaan menetelmissä käytettyjen laserien tyhjiöaallonpituuksien kautta. Koska mittausepävarmuuden tunteminen on oleellinen osa jäljitettävyysketjua, menetelmille laadittiin kattavat epävarmuuslaskelmat.

Tarkimmat pituusmittaukset tehdään laserinterferometreilla, joissa käytettävien laserien tyhjiöaallonpituudet tunnetaan hyvin pienellä epävarmuudella. Laserinterferometria on hyvin tarkka menetelmä mitattaessa täysiä aallonpituuksia. Tätä lyhyempiä etäisyyksiä mitattaessa esiintyy kuitenkin pientä epälineaarisuutta, jonka korjaamiseksi kehitettiin yksinkertainen menetelmä.

Tarkoissa interferometrisissa mittauksissa pitää tuntea ilman taitekerroin mahdollisimman hyvin. Taitekerroin riippuu lämpötilasta, kosteudesta ja paineesta. Paineen ja kosteuden mittaus onnistuu riittävän tarkasti perinteisillä menetelmillä, mutta lämpötilan mittaaminen on vaikeampaa, koska lämpötila voi muuttua hyvinkin nopeasti. Väitöskirjassa jatkokehitettiin menetelmää ilman lämpötilan ja taitekertoimen määrittämiseksi koko lasersäteen kulkureitillä äänennopeuden avulla.

Kansainväliset vertailumittaukset ovat hyvä tapa varmistaa mittayksiköiden yhdenmukaisuus. Väitöskirjassa esitetään kansallisten metrologialaitosten välisiä vertailumittaustuloksia urasyvyys- ja hilanormaaleille. Näissä vertailuissa on käytetty väitöskirjatyössä kehitettyjä laitteita ja menetelmiä. Tulokset ovat hyvin yhteensopivia vertailun referenssiarvon kanssa.

Lisätiedot: erikoistutkija Virpi Korpelainen, etunimi.sukunimi@vtt.fi, p. 02950 54412

Väitöstiedote: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-6682-21-1

Elektroninen väitöskirja: https://helda.helsinki.fi/bitstream/handle/10138/136472/traceabi.pdf?sequence=1