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中國電子信息工程科技發(fā)展研究——測量計量與儀器專題 版權信息
- ISBN：9787030730817
- 條形碼：9787030730817 ; 978-7-03-073081-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
中國電子信息工程科技發(fā)展研究——測量計量與儀器專題 本書特色
從全球發(fā)展態(tài)勢著眼，聚焦領域熱點亮點，分析研判我國發(fā)展現(xiàn)狀及展望，進而為科學研究及工程應用的相關戰(zhàn)略規(guī)劃提供參考
中國電子信息工程科技發(fā)展研究——測量計量與儀器專題 內容簡介
當前精密儀器、精密測量領域已成為促進工業(yè)發(fā)展的重要基礎，大多數現(xiàn)代科學發(fā)現(xiàn)和基礎研究突破，亦是借助優(yōu)選的精密測量方法和很好測量儀器方得以實現(xiàn)。本書旨在跟進研究測量計量與儀器領域年度科技發(fā)展動態(tài)，綜合闡述了當前若干方面的重要進展，比如三維共焦顯微測量技術與儀器、高性能原子鐘技術、新冠病毒抗體測量技術、真空測試計量技術、毫米波太赫茲儀器與計量技術、智能制造高性能視覺檢測成套技術及裝備、工業(yè)CT、大量程納米位移測量技術等等方向，以及國內外的重要突破和技術成果，集中展現(xiàn)其新進展、新特點、新趨勢，從全球發(fā)展態(tài)勢著眼，聚焦領域熱點亮點，分析研判我國發(fā)展現(xiàn)狀及展望，進而為科學研究及工程應用的相關戰(zhàn)略規(guī)劃提供參考。
中國電子信息工程科技發(fā)展研究——測量計量與儀器專題 目錄
目錄
《中國電子信息工程科技發(fā)展研究》編寫說明
前言
第1章 全球發(fā)展態(tài)勢 1
1.1 三維共焦顯微測量技術與儀器 3
1.2 高性能原子鐘技術 6
1.3 新冠病毒抗體測量與應用 11
1.4 真空測試計量技術 12
1.5 毫米波太赫茲儀器與計量技術 15
1.6 智能制造高性能視覺檢測成套技術及裝備 20
1.7 復合納米探針測量技術及儀器 23
1.8 調頻激光雷達掃描測量技術與儀器 25
1.9 工業(yè)CT 26
1.10 大量程納米位移測量技術 28
1.11 光纖傳感技術 31
1.12 大型高端精密回轉裝備裝配測量儀器超精密校準技術 33
1.13 原子力顯微鏡 34
1.14 掃描電鏡技術 39
第2章 我國發(fā)展現(xiàn)狀 44
2.1 我國三維共焦顯微測量理論、產品和標準齊頭并進 44
2.2 我國高性能原子鐘技術取得重要進展 46
2.3 新冠病毒抗體測量有效支撐我國防疫 49
2.4 我國初步建立真空測試計量技術體系 50
2.5 我國毫米波太赫茲儀器實現(xiàn)規(guī)模化應用 52
2.6 高性能視覺檢測成套裝備應用于智能制造 56
2.7 復合納米探針測量儀器實現(xiàn)晶圓測量 58
2.8 多家單位研制成功調頻激光雷達掃描測量儀器 59
2.9 我國工業(yè)CT顯著進步 60
2.10 我國持續(xù)推大量程納米位移測量技術 62
2.11 光纖傳感技術在多場景投入應用 64
2.12 我國突破大型精密回轉裝備裝配測量儀器關鍵技術 66
2.13 針尖增強拉曼光譜技術厚積薄發(fā) 67
2.14 我國掃描電鏡技術起步晚底子薄 70
第3章 我國未來展望 73
3.1 三維共焦顯微測量技術拓展微觀世界探索的邊界 73
3.2 光鐘是高性能原子鐘的未來方向 74
3.3 建立新冠病毒中和抗體檢測標準 75
3.4 進一步提升真空測試計量技術水平 77
3.5 突破毫米波太赫茲儀器的關鍵“瓶頸” 78
3.6 高性能視覺檢測成套裝備走向規(guī)模化應用 80
3.7 高性能納米探針實現(xiàn)大批量可控制備 82
3.8 調頻激光雷達測量性能進一步提升 83
3.9 工業(yè)CT向多物理場“原位”測量發(fā)展 84
3.10 大量程位移測量精度將進入皮米尺度 86
3.11 光纖傳感產業(yè)將持續(xù)發(fā)展 87
3.12 大型精密回轉裝備裝配測量理論與技術進一步發(fā)展 88
3.13 針尖增強拉曼光譜技術向時域和全局測量發(fā)展 88
3.14 新型掃描電鏡領域力爭突破 90
第4章 我國熱點亮點 93
4.1 我國三維共焦顯微測量理論成果納入國際標準 93
4.2 我國部分原子鐘達到國際先進水平 98
4.3 我國聯(lián)合主導新冠病毒抗體測量國際比對 100
4.4 我國主導制定磁懸浮轉子真空計國際標準 102
4.5 毫米波太赫茲儀器與計量技術實現(xiàn)突破創(chuàng)新 104
4.6 高性能視覺檢測裝備應用覆蓋國內80%汽車企業(yè) 107
4.7 我國提出了復合納米探針設計方法 111
4.8 調頻激光雷達掃描測量技術與儀器 114
4.9 具備原位測量功能的工業(yè)CT 115
4.10 初步建立納米時柵測量理論與技術體系 118
4.11 光纖傳感技術應用取得新突破 120
4.12 研制成功大型精密回轉裝備裝配測量儀器 121
4.13 實現(xiàn)埃級分辨的拉曼振動成像 121
4.14 具備亞納米分辨力的高分辨力場發(fā)射掃描電鏡研發(fā)成功 124
第5章 領域年度熱詞 126
第6章 領域指標 132
參考文獻 145
《中國電子信息工程科技發(fā)展研究》編寫說明
前言
第1章 全球發(fā)展態(tài)勢 1
1.1 三維共焦顯微測量技術與儀器 3
1.2 高性能原子鐘技術 6
1.3 新冠病毒抗體測量與應用 11
1.4 真空測試計量技術 12
1.5 毫米波太赫茲儀器與計量技術 15
1.6 智能制造高性能視覺檢測成套技術及裝備 20
1.7 復合納米探針測量技術及儀器 23
1.8 調頻激光雷達掃描測量技術與儀器 25
1.9 工業(yè)CT 26
1.10 大量程納米位移測量技術 28
1.11 光纖傳感技術 31
1.12 大型高端精密回轉裝備裝配測量儀器超精密校準技術 33
1.13 原子力顯微鏡 34
1.14 掃描電鏡技術 39
第2章 我國發(fā)展現(xiàn)狀 44
2.1 我國三維共焦顯微測量理論、產品和標準齊頭并進 44
2.2 我國高性能原子鐘技術取得重要進展 46
2.3 新冠病毒抗體測量有效支撐我國防疫 49
2.4 我國初步建立真空測試計量技術體系 50
2.5 我國毫米波太赫茲儀器實現(xiàn)規(guī)模化應用 52
2.6 高性能視覺檢測成套裝備應用于智能制造 56
2.7 復合納米探針測量儀器實現(xiàn)晶圓測量 58
2.8 多家單位研制成功調頻激光雷達掃描測量儀器 59
2.9 我國工業(yè)CT顯著進步 60
2.10 我國持續(xù)推大量程納米位移測量技術 62
2.11 光纖傳感技術在多場景投入應用 64
2.12 我國突破大型精密回轉裝備裝配測量儀器關鍵技術 66
2.13 針尖增強拉曼光譜技術厚積薄發(fā) 67
2.14 我國掃描電鏡技術起步晚底子薄 70
第3章 我國未來展望 73
3.1 三維共焦顯微測量技術拓展微觀世界探索的邊界 73
3.2 光鐘是高性能原子鐘的未來方向 74
3.3 建立新冠病毒中和抗體檢測標準 75
3.4 進一步提升真空測試計量技術水平 77
3.5 突破毫米波太赫茲儀器的關鍵“瓶頸” 78
3.6 高性能視覺檢測成套裝備走向規(guī)模化應用 80
3.7 高性能納米探針實現(xiàn)大批量可控制備 82
3.8 調頻激光雷達測量性能進一步提升 83
3.9 工業(yè)CT向多物理場“原位”測量發(fā)展 84
3.10 大量程位移測量精度將進入皮米尺度 86
3.11 光纖傳感產業(yè)將持續(xù)發(fā)展 87
3.12 大型精密回轉裝備裝配測量理論與技術進一步發(fā)展 88
3.13 針尖增強拉曼光譜技術向時域和全局測量發(fā)展 88
3.14 新型掃描電鏡領域力爭突破 90
第4章 我國熱點亮點 93
4.1 我國三維共焦顯微測量理論成果納入國際標準 93
4.2 我國部分原子鐘達到國際先進水平 98
4.3 我國聯(lián)合主導新冠病毒抗體測量國際比對 100
4.4 我國主導制定磁懸浮轉子真空計國際標準 102
4.5 毫米波太赫茲儀器與計量技術實現(xiàn)突破創(chuàng)新 104
4.6 高性能視覺檢測裝備應用覆蓋國內80%汽車企業(yè) 107
4.7 我國提出了復合納米探針設計方法 111
4.8 調頻激光雷達掃描測量技術與儀器 114
4.9 具備原位測量功能的工業(yè)CT 115
4.10 初步建立納米時柵測量理論與技術體系 118
4.11 光纖傳感技術應用取得新突破 120
4.12 研制成功大型精密回轉裝備裝配測量儀器 121
4.13 實現(xiàn)埃級分辨的拉曼振動成像 121
4.14 具備亞納米分辨力的高分辨力場發(fā)射掃描電鏡研發(fā)成功 124
第5章 領域年度熱詞 126
第6章 領域指標 132
參考文獻 145
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中國電子信息工程科技發(fā)展研究——測量計量與儀器專題 節(jié)選
第1章 全球發(fā)展態(tài)勢 精密測量與儀器從來沒有像今天這樣重要過，著名科學家開爾文有一個著名論斷：“如果你無法測量它，你就無法改進它”。從發(fā)達國家高端裝備制造發(fā)展歷程可以清楚地看到，只有先進的制造裝備是不行的，特別是發(fā)展到精密制造階段，無法精密測量就無法精密制造，精密測量和精密制造已經深度耦合。從生產力發(fā)展的歷史看，測量是認識世界的手段，制造是改造世界的手段，二者必然高度統(tǒng)一，深度融合。無論是精密制造、科學探索，還是人民健康，都離不開精密測量與儀器技術，就像一個正常人離不開眼睛一樣；從另一個方面看，現(xiàn)代精密測量與儀器技術都大量應用了先進的光學和電子信息技術，就像一個正常的眼睛離不開視覺感知神經一樣。 從空間域來看，現(xiàn)代精密測量與儀器技術向更小尺度的微觀深入。高密度光子聚集的點掃描成像模式目前已經成為現(xiàn)代三維顯微儀器的代表性基礎架構之一。大深寬比納米結構測量技術對于三維半導體芯片制造技術提升和工藝控制至關重要，其率先突破將直接影響半導體芯片制造技術的發(fā)展，2021年中國科協(xié)組織開展了“重大科學問題和工程技術難題征集發(fā)布活動”，其中“如何解決三維半導體芯片中納米結構測量難題”被遴選為10個工程技術難題之一。近年來工業(yè)CT作為一種無損三維內部結構檢測技術，在某些領域如新能源、先進電子及增材制造等，已經逐漸成為高端制造的**技術之一。納米位移測量技術及傳感器件是納米科技發(fā)展的先導和基礎，是超精密高端裝備的核心技術和關鍵功能部件。基于原子力顯微鏡的納米加工是微納制造領域的核心技術之一，近期成了半導體先進節(jié)點的掩模修復工具，應用于半導體產業(yè)中。隨著材料科學、生命科學和高端制造業(yè)的不斷發(fā)展，近些年來掃描電鏡技術得到了快速的發(fā)展。 在宏觀幾何量測量方面。視覺信息蘊含生物智能潛力，基于圖像傳感的視覺檢測方法具有信息量大、非接觸等突出優(yōu)勢，是匹配智能感知、智能測量和智能制造的*佳手段。調頻激光雷達掃描測量成為解決當前高端制造業(yè)中非接觸、大尺寸高精度、高點密度測量難題的有效手段。大型高端精密回轉裝備裝配測量儀器是實現(xiàn)高端裝備精準裝配的專用利器。 從時間-頻率域來看，高性能原子鐘技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在光頻原子鐘和星載原子鐘技術的發(fā)展。時間頻率計量前沿研究為秒定義變更做準備。星載原子鐘的發(fā)展由傳統(tǒng)微波腔體制進入離子囚禁和激光冷卻的時代，頻段逐漸由微波頻段向光頻段發(fā)展。毫米波太赫茲計量與儀器向太赫茲高頻段方向快速發(fā)展。 此外，在特種需求和工業(yè)應用計量方面，高真空參數計量與儀器成為航空航天、核工業(yè)、半導體、高端裝備制造等領域發(fā)展的重要保障。光纖傳感技術已經成為全球研發(fā)和商業(yè)化工作的重點，正快速應用于航空航天、醫(yī)療健康、海洋工程、船舶、高鐵、石油電力等關系國民經濟和社會發(fā)展的重大領域，并向著高精度、高效率和數字化的方向快速發(fā)展。 在抗擊新冠疫情一線，準確檢測是應對新冠疫情的關鍵一環(huán)。因此提高新冠抗體檢測結果的準確性和可比性，提升病例診斷和群體免疫監(jiān)測水平，是全球抗疫取得新進展的重要技術保障。 1.1 三維共焦顯微測量技術與儀器 共焦顯微技術的誕生開創(chuàng)了現(xiàn)代立體顯微工業(yè)，是近百年來光學顯微儀器領域*重要成就之一。這種高密度光子聚集的點掃描成像模式已經成為現(xiàn)代顯微儀器的代表性基礎架構之一。在微制造領域，隨著新一代微器件與微系統(tǒng)全面進入立體封裝時代，超精密級三維微結構功能化表征成為全球信息產業(yè)競爭的質量基礎和科學前沿，極端復雜微結構樣品測量成為三維顯微測量領域的研究熱點和國際性挑戰(zhàn)。哈爾濱工業(yè)大學在克服樣品結構敏感性、材料敏感性以及三維定值等方面取得重要突破，使我國建立了三維光學顯微測量定值體系，研究成果獲得2020～2021年度國家技術發(fā)明獎二等獎。 (1)時代背景 共焦顯微技術的誕生與集成電路技術崛起密不可分。1947年，美國貝爾實驗室制造出**個晶體管，克服了電子管體積大、功耗高、結構脆弱等問題，很快就出現(xiàn)了基于半導體的集成電路構想；1958～1959年，Jack Kilby和Robert Noyce分別發(fā)明了鍺集成電路和硅集成電路。1957年，美國哈佛大學MINSKY申請專利，首次提出以點照明和點探測為特征的顯微技術，標志著共焦顯微技術的誕生。共焦顯微技術早用于集成電路微結構測量，但由于這種點照明和點探測的測量效率極低，因此并未受到廣泛關注。直至20世紀70年代后期，人們在機理上對三維層析能力有了更深刻的認識，同時伴隨光學掃描技術的出現(xiàn)，共焦顯微技術才得以實現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)，進而開啟了光學儀器的現(xiàn)代立體顯微工業(yè)。 (2)早期發(fā)展 共焦顯微技術的初衷是通過縮小光源和探測器尺寸，抑制閃爍光和雜散光，其本質是以犧牲視場為代價，改善觀測效果。這種視場范圍小的不足，被光學掃描技術發(fā)展所彌補。1982年，牛津光電儀器公司研制了共焦顯微鏡，1983年轉讓給美國德州儀器公司，共焦顯微技術由此實現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)。共焦顯微技術誕生與發(fā)展的重大意義，不僅僅在于解決了軸向信息混疊難題，首次實現(xiàn)光學顯微觀測由二維觀測到三維測量的跨越，更為重要的是這種高密度光子聚集的點成像模式，引入了多光子非線性效應，在生物成像領域成功推動了雙/多光子顯微技術的出現(xiàn)。這種高密度光子聚集的點掃描成像模式目前已經成為現(xiàn)代三維顯微儀器的代表性基礎架構之一。2014年，基于點掃描照明的受激輻射淬滅超分辨光學顯微成像技術獲得諾貝爾化學獎[3]。 (3)發(fā)展態(tài)勢 光學顯微儀器有一個重要特點，即樣品多樣性決定儀器原理的多樣性。以高性能紅外探測器制造為具體范例，歷經三代發(fā)展，像元規(guī)模增加1000倍，像元尺寸減小10倍，敏感元結構由單層發(fā)展為多層，*新一代探測器三維結構精度決定探測性能。可見，微器件與微系統(tǒng)制造精度的持續(xù)提升以及樣品功能結構復雜化是未來共焦顯微技術與儀器進步要持續(xù)面對的挑戰(zhàn)。在三維顯微測量中，樣品高度信息的引入使得很多經典測量理論與儀器方法不再適用；與此同時，隨著超精密微制造技術不斷突破加工極限，未來三維共焦顯微測量技術與儀器發(fā)展，將面臨樣品幾何結構極端復雜化、功能結構立體集成材料敏感性以及高深寬結構三維定值校準與溯源等眾多技術挑戰(zhàn)，具體可概括為圖1.1所示的2類4種瓶頸效應。 圖1.1 復雜微結構三維幾何形狀測量的瓶頸效應示意 注：圖(a)～(c)所示的反射逃逸效應、散射振蕩效應和邊緣蝠翼效應可歸結為樣品結構敏感性，圖(d)所示的透波干涉效應可歸結為樣品材料敏感性 1.2 高性能原子鐘技術 高性能原子鐘技術的發(fā)展主要體現(xiàn)在光頻原子鐘和星載原子鐘技術的發(fā)展。值得關注的發(fā)展態(tài)勢有以下幾項。 時間頻率計量前沿研究為秒定義變更做準備。為了保證秒定義變更過程中量值的連續(xù)性，進行光鐘與現(xiàn)有秒定義基準鐘之間的比率測量，得到光鐘準確頻率的研究成為熱點。英國國家物理實驗室(NPL)為鍶原子光晶格鐘建立了短期穩(wěn)定度為5E-16的超穩(wěn)鐘躍遷探測激光，并通過精密測量環(huán)境溫度的方法評定了黑體輻射頻移的不確定度，把鍶原子光晶格鐘系統(tǒng)頻移不確定度評估到了1E-17的水平。為了得到鍶光鐘與現(xiàn)有秒定義之間的頻率比值，NPL采用了經由國際原子時(TAI)溯源到秒定義的方法，溯源不確定度達到了1E-15。日本國家信息與通信技術研究院(NICT)的鍶原子光鐘進行了新一輪的不確定度評定，系統(tǒng)頻移不確定度達到了5.9E-17；通過充分利用其原有的參與國際原子時合作的衛(wèi)星鏈路等硬件設施和測量數據，實現(xiàn)了鍶光鐘的絕對頻率溯源到現(xiàn)行秒定義，測量時間超過一年，溯源不確定度達到了1.8E-16，是目前國際上絕對頻率測量中的*佳測量結果。意大利國家計量院(INRIM)的鐿原子光鐘也取得了很好的光鐘絕對頻率測量結果，通過參與TAI的頻率傳遞鏈路進行的絕對頻率測量得到鐿原子光晶格鐘的絕對頻率不確定度為2.6E-16，鐿原子光晶格鐘本身的不確定度達到了2.8E-17。這些機構在進行光鐘頻率與現(xiàn)有秒定義基準比對的過程中，均采用了通過衛(wèi)星鏈路連
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