第十三章 纳米测量学
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由于传统的分析技术(包括离子束、光子束、电子束)在纳米测量中有一 定的局限性，横向分辨率和纵向分辨率都需进一步地改进．
6
图1 各种微束分析手段适用的范围．
7
从上图不难看出，位于左上方的分析手段完全适合纳米尺度的测量，这包括 原子探针场离子显微镜(APFIM)、扫描电子显微镜／俄歇电子谱仪(SEM/AES)、 二次离子质谱仪(SIMS)、激光微探针质谱仪(LMMS)、分析电子显微镜(AEM)、 电子衍射谱仪(EDS)、电子能量损失谱仪(EELS)、扫描电子显微镜／电子探针x 射线微区分析(SEM/EP—MA)、近场扫描光学显微镜(NSOM)、紫外/可见光荧光 谱仪(UV／V-FM)、微拉曼谱仪(µRS)、傅里叶变换红外谱仪(FTIR)。 这些纳米测 量技术都经过对常规测量仪器进行改造并适当地组合而成。
19
20
EDX(能量色散X射线光谱仪） EDX（能量色散X射线光谱仪），也可简写为EDS。
EDX是借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度 实现的， 根据波长测定试样所含的元素，根据强度测定 元素的相对含量。
21
WDX(波长-扩展的X射线分析技术)
在纳米科技产品分析中有广泛的应用前景，它的优点是成本低，并能准 确地给出纳米微区化学成分以及价带电子结构的信息。对于评价电子的耦合 关联性能提供十分有益的信息。
23
广泛应用的质谱分析技术
SIMS------二次离子质谱分析法
SIMS是用一次离子束轰击表面，将样品表面的原子溅射出来成为带电的离子， 然后用磁分析器或四极滤质器所组成的质谱仪分析离子的荷质比，便可知道表面 的成份。优点：是检测灵敏度高(在百万分之一至十亿分之二范围)，横向分辨率 高达100--200nm(在特殊情形下可更小)。
8
第二节 纳米测试技术的展望
当前，纳米科技作为21世纪信息革命的核心，普遍受到 世界各国的重视，发达国家如美国、日本和西欧纷纷制定纳 米科技的战略规划，纳米测量是其中的重要组成部分。
下面仅就纳米测量技术未来的发展目标、各种纳米测量 仪器的水平进行概括地介绍。
9
超薄层面及横向纳米结构的分析
纳
电子与光子束分析技术
紫外光电子谱（UPS）
由于光源能量较低，线宽较窄（约为0.01eV),只能使原子的外层价电子、 价带电子电离，并可分辨出分子的振动能级,因此被广泛地用来研究气体样品 的价电子和精细结构以及固体样品表面的原子、电子结构。
用来分析表面和吸附层面电子结构的方法还有: 电子束激光散射法（MDS,REA）,电子能耗能谱法（EELS）,自旋电子能谱分 析法，亚稳定氦原子散射法（MDS,MIES）
11
3、研究在未来应着眼于的以下几个方面 (1) 应用低能电子和离子源进行显微分析； (2) 对陶瓷表面、聚合物薄膜以及纳米成分薄膜进行分析； (3) 对常规微束分析进行改造，与SPM组装到一起用于纳米
测量; (4) 对分析结果做到定量化，这是SPM系列衍生技术中追求
的目标; (5) 在加工过程中对纳米元件进行原位测量； (6) 利用显微电子成像技术对超光滑表面纳米尺度起伏进行
18
仪器结构：主要包括真空系统、激发源和电子光学系统、能量分析器和检 测记录系统、试验室和样品台、离子枪等。
应用：俄歇电子能谱分析主要用于金属材料的氧化、腐蚀、摩擦、磨损和 润滑特性等的研究和合金元素及杂质元素的扩散或偏析、表面处理工艺及复 合材料的粘结性等问题的研究。
优势：可方便而快速地进行点、线、面元素分析以及部分元素的化学状 态分析。结合离子溅射技术，可得到元素沿深度方向的分布。是一种标准工 艺，既可应用于显微分析，也可用于深度剖面分析。
SNMS-----二次中子质谱分析法
SNMS技术应用于商用设备时，它的横向分辨率为100nm，但在个别情况下可达 到10nm。
LAMMA---激光显微质谱分析法
LAMMA技术，是通过激光照射将物体表面的粒子剥离下来，再用质谱分析表面 成分，因此它在确定物体表面成分方面也是一种有用的工具，并且其在纳米测量 的工业化应用方面有着广泛应用前景。
供化学键和电荷分布方面的信息。 5、分子生物学中的应用。
16
17
AES(俄歇电子能谱)能谱分析法：
特点：俄歇电子能谱分析， 用电子束 (或X射线)轰击试样表面，使其 表面原子内层能级上的电子被击出而形成空穴，较高能级上的电子填补空穴 并释放出能量，这一能量再传递给另一电子，使之逸出，该电子称为俄歇电 子。通过能量分析器和检测系统来检测俄歇电子能量和强度，可获得有关表 面层化学成分的定性和定量信息，以及化学状态、电子态等情况。在适当的 实验条件下，该方法对试样无破坏作用，可分析试样表面内几个原子层深度、 数微米区域内除氢和氦以外的所有元素，对轻元素和超轻元素很灵敏。检测 的相对灵敏度因元素而异，一般为万分之一到千分之一。
15
XPS可以用来测量： 1、元素的定性分析。可以根据能谱图中出现的特征谱线的位置鉴定
除H、He以外的所有元素。 2、元素的定量分析。根据能谱图中光电子谱线强度（光电子峰的面
积）反应原子的含量或相对浓度。 3、固体表面分析。包括表面的化学组成或元素组成，原子价态，表
面能态分布，测定表面电子的电子云分布和能级结构等。 4、化合物的结构。可以对内层电子结合能的化学位移精确测量，提
22
三、质谱分析技术
1、基本概念 质谱分析法(Mass Spectrometry, MS)是在高真空系统中测定样品的分子离子及
碎片离子质量，以确定样品相对分子质量及分子结构的方法。化合物分子受到 电子流冲击后，形成的带正电荷的分子、离子及碎片离子，按照其质量m和电荷 z的比值m/z(质荷比)大小依次排列而被记录下来的图谱，称为质谱。
(STM),为人类在纳米级乃至在原子级水平上研究物质的表面原子、分子的几 何结构，以及与电子行为有关的物理、化学性质开辟了新的途径，因而获得 了1985年诺贝尔物理学奖。
作为纳米测量强有力手段的SPM（扫描探针显微镜）技术,包括STM、AFM （原子力显微镜）、MFM（磁力显微镜）等,已发展成为商品。近年来，近场 光学显微镜、光子扫描隧道显微镜以及各种谱学分析手段与SPM技术相结合的 新型纳米测量技术已相继出现，推动了纳米测量学的发展。 二.对常规技术进行改造，使它们能适应纳米测量的需要。
表面分析方法有数十种，常用的有离子探针、俄歇电子能谱(AES)分
析和X射线光电子能谱(XPS)分析,能量扩展X射线(EDX)分析，其次还有离
子中和谱、离子散射谱、低能电子衍射、电子能量损失谱、紫外光电子
谱 (UPS)，电子束激光散射法(MDS、REA)，电子能耗能谱法(EELS)，以
及自旋电子能谱分析法,亚稳定氦原子散射法(MDS、MIES)，场离子显微
2
纳米测量学
1、概念 测量技术是指物质结构与性质及其应用的有关分析、测试方法，有时也
包括测试、测量工具的研究与制造。 纳米材料的表征与测试主要包括：纳米材料的粒度分析、形貌分析、成
分分析、结构分析、表面与界面分析等。 2、纳米测量技术的研究大致分为两个方面： （1）应用与研制先进的测试仪器，解决物理和微细加工中的纳米测量问题， 分析各种测试技术，提出改进的措施或新的方法。 （2）从计量学的角度出发分析各种测试方法的特点，如：使用范围、精度等 级、频率响应等。
米 测
质谱分析技术
量
显微分析技术
技
术
扫描探针技术
纳米表面的测量技术
10
一、超薄层面及横向纳米结构的分析
1、定位 超薄薄膜在未来的纳米器件中占有重要的地位，对横向纳
米结构进行定量化分析在纳米技术领域占有突出的地位． 2、分析技术特点
这种新的分析技术，它是以STM为基础衍生出来的新技术， 它不但可作为“纳米工具”用于层面的专门修整，也可以作为 纳米分析工艺，因此它同时可以确定原子和亚微米尺寸范围的 层面结构的几何排列和电子排列形式．
镜分析等。这些表面分析方法的基本原理，大多是以一定能量的电子、
离子、光子等与固体表面相互作用，然后分析固体表面所放射出的电子、
离子、光子等，从而得到有关的各种信息。
13
3、几种常用分析方法的特点及应用 电子能谱分析是一种研究物质表层元素组成与离子状态的表面分析
技术。其基本原理是利用单色射线照射样品，使样品中原子或者分子的 电子受激发射，然后测量这些电子的能量分布。
对纳米微粒颗粒度、形貌、比表面和结构的分析技术，目前日趋成熟．主要 分析技术和手段有TEM、HREM、STM和AFM。HRSEM用于颗粒度和其分布 分析，分析手段还有XRD、RS、穆斯堡尔谱仪、比表面测试仪、Zeta电位仪以 及建立在动态光散射和悬浮液中纳米微粒沉降基础上发展起来的纳米粒子粒径分 布仪等已得到普遍应用。
通过与已知元素的原子或者离子的不同壳层的电子的能量相比较， 就可以确定未知样品中原子或者离子的组成和状态。
根据激发源的不同，电子能谱又分为:X射线光电子能谱(XPS)、 紫外光电子能谱(UPS) 、俄歇电子能谱(AES）
14
XPS分析法：
特点：X射线光电子能谱分析，以一定能量的X射线辐照气体分子或固体表面， 发射出的光电子的动能与该电子原来所在的能级有关，记录并分析这些光电子能量 可得到元素种类、化学状态和电荷分布等方面的信息。这种非破坏性分析方法，不 仅可以分析导体、半导体，还可分析绝缘体。与紫外光源相比，射线的线宽在0.7eV 以上，因此不能分辨出分子、离子的振动能级。
2、特点 （1）应用范围广,测定样品可以是无机物，也可以是有机物。应用上可做化合物的 结构分析、测定原子量与相对分子量、同位素分析、生产过程监测、环境监测、热 力学与反应动力学、空间探测等。被分析的样品可以是气体和液体，也可以是固体。 （2）灵敏度高，样品用量少。 （3）分析速度快，并可实现多组分同时测定。 （4）与其它仪器相比，仪器结构复杂，价格昂贵，使用及维修比较困难。对样品 有破坏性。
纳米科技研究的飞速发展对纳米测量提出了以下迫切的更 高要求：
１.如何评价纳米材料的颗粒度,分布,比表面和微结构？ ２.如何评价超薄薄膜表面的平整度和起伏？ ３.如何测量纳米尺度的多层膜的单层厚度？ ４.如何评价纳米器件？
5
发展纳米测量科学有两个重要途径
一.创造新的纳米测量技术、建立新原理、新方法。 此种途径发展较快，1984年Binnig和Rohrer首先研制出扫描隧道显微镜
3
主要内容
13.1 纳米测量学的现状和进展 13.2 纳米测量技术的展望
13.2.1 超薄层面及横向纳米结构的分析 13.2.2 电子与光子束分析技术 13.2.3 质谱分析技术 13.2.4 显微分析技术 13.2.5 扫描Байду номын сангаас针技术 13.2.6 纳米表面的测量技术
4
第一节 纳米测量学的现状和进展
第十三章 纳米测量学
1
背景
纳米技术是20世纪80年代发展起来的新兴技术，被誉为21世纪信息 革命的核心，21世纪的产业革命。纳米材料的制备是纳米研究和应用 的前提，而对纳米材料的测量又是纳米研究和应用的关键，因此纳米 科技的出现和发展离不开纳米测量技术。
纳米科技，是指在10-7- 10-9m 的范围内认识和改造自然，它是交叉 综合学科，它包括纳米体系物理学，纳米化学，纳米生物学，纳米材 料学，纳米电子学，纳米加工学，纳米测量学和纳米摩擦学等分支学 科，是一个前沿基础学科和高技术融为一体的完整体系。而纳米测量 学在其研究中起着举足轻重的作用，内容涉及纳米尺度的评价、成分、 微结构和物性的纳米尺度的测量。
仪器结构：主要包括：真空系统、X射线源、能量分析器和检测记录系统、试 验室和样品台等
优势：在于可对固体表面进行化学分析，因此，也可称作是ESCA(电子能谱化 学分析法)技术。
应用：XPS被广泛应用于分析无机化合物、合金、半导体、聚合物、元素、催化 剂、玻璃、陶瓷、染料、纸、墨水、木材、化妆品、牙齿、骨骼、移植物、生物材 料、油脂、胶水等。
客观评价，如反射电子显微束可以测量小于1nm的台阶； (7) 纳米精度的定位和控制．
12
二、表面分析(电子与光子束分析技术)
1、基本概念
表面分析是对固体表面或界面上只有几个原子层厚的薄层进行组
分、结构和能态等的分析，并且也是一种利用分析手段，揭示材料及
其制品的表面形貌、成分、结构或状态的技术。 2、方法分类
6
图1 各种微束分析手段适用的范围．
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从上图不难看出，位于左上方的分析手段完全适合纳米尺度的测量，这包括 原子探针场离子显微镜(APFIM)、扫描电子显微镜／俄歇电子谱仪(SEM/AES)、 二次离子质谱仪(SIMS)、激光微探针质谱仪(LMMS)、分析电子显微镜(AEM)、 电子衍射谱仪(EDS)、电子能量损失谱仪(EELS)、扫描电子显微镜／电子探针x 射线微区分析(SEM/EP—MA)、近场扫描光学显微镜(NSOM)、紫外/可见光荧光 谱仪(UV／V-FM)、微拉曼谱仪(µRS)、傅里叶变换红外谱仪(FTIR)。 这些纳米测 量技术都经过对常规测量仪器进行改造并适当地组合而成。
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EDX(能量色散X射线光谱仪） EDX（能量色散X射线光谱仪），也可简写为EDS。
EDX是借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度 实现的， 根据波长测定试样所含的元素，根据强度测定 元素的相对含量。
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WDX(波长-扩展的X射线分析技术)
在纳米科技产品分析中有广泛的应用前景，它的优点是成本低，并能准 确地给出纳米微区化学成分以及价带电子结构的信息。对于评价电子的耦合 关联性能提供十分有益的信息。
23
广泛应用的质谱分析技术
SIMS------二次离子质谱分析法
SIMS是用一次离子束轰击表面，将样品表面的原子溅射出来成为带电的离子， 然后用磁分析器或四极滤质器所组成的质谱仪分析离子的荷质比，便可知道表面 的成份。优点：是检测灵敏度高(在百万分之一至十亿分之二范围)，横向分辨率 高达100--200nm(在特殊情形下可更小)。
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第二节 纳米测试技术的展望
当前，纳米科技作为21世纪信息革命的核心，普遍受到 世界各国的重视，发达国家如美国、日本和西欧纷纷制定纳 米科技的战略规划，纳米测量是其中的重要组成部分。
下面仅就纳米测量技术未来的发展目标、各种纳米测量 仪器的水平进行概括地介绍。
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超薄层面及横向纳米结构的分析
纳
电子与光子束分析技术
紫外光电子谱（UPS）
由于光源能量较低，线宽较窄（约为0.01eV),只能使原子的外层价电子、 价带电子电离，并可分辨出分子的振动能级,因此被广泛地用来研究气体样品 的价电子和精细结构以及固体样品表面的原子、电子结构。
用来分析表面和吸附层面电子结构的方法还有: 电子束激光散射法（MDS,REA）,电子能耗能谱法（EELS）,自旋电子能谱分 析法，亚稳定氦原子散射法（MDS,MIES）
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3、研究在未来应着眼于的以下几个方面 (1) 应用低能电子和离子源进行显微分析； (2) 对陶瓷表面、聚合物薄膜以及纳米成分薄膜进行分析； (3) 对常规微束分析进行改造，与SPM组装到一起用于纳米
测量; (4) 对分析结果做到定量化，这是SPM系列衍生技术中追求
的目标; (5) 在加工过程中对纳米元件进行原位测量； (6) 利用显微电子成像技术对超光滑表面纳米尺度起伏进行
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仪器结构：主要包括真空系统、激发源和电子光学系统、能量分析器和检 测记录系统、试验室和样品台、离子枪等。
应用：俄歇电子能谱分析主要用于金属材料的氧化、腐蚀、摩擦、磨损和 润滑特性等的研究和合金元素及杂质元素的扩散或偏析、表面处理工艺及复 合材料的粘结性等问题的研究。
优势：可方便而快速地进行点、线、面元素分析以及部分元素的化学状 态分析。结合离子溅射技术，可得到元素沿深度方向的分布。是一种标准工 艺，既可应用于显微分析，也可用于深度剖面分析。
SNMS-----二次中子质谱分析法
SNMS技术应用于商用设备时，它的横向分辨率为100nm，但在个别情况下可达 到10nm。
LAMMA---激光显微质谱分析法
LAMMA技术，是通过激光照射将物体表面的粒子剥离下来，再用质谱分析表面 成分，因此它在确定物体表面成分方面也是一种有用的工具，并且其在纳米测量 的工业化应用方面有着广泛应用前景。
供化学键和电荷分布方面的信息。 5、分子生物学中的应用。
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AES(俄歇电子能谱)能谱分析法：
特点：俄歇电子能谱分析， 用电子束 (或X射线)轰击试样表面，使其 表面原子内层能级上的电子被击出而形成空穴，较高能级上的电子填补空穴 并释放出能量，这一能量再传递给另一电子，使之逸出，该电子称为俄歇电 子。通过能量分析器和检测系统来检测俄歇电子能量和强度，可获得有关表 面层化学成分的定性和定量信息，以及化学状态、电子态等情况。在适当的 实验条件下，该方法对试样无破坏作用，可分析试样表面内几个原子层深度、 数微米区域内除氢和氦以外的所有元素，对轻元素和超轻元素很灵敏。检测 的相对灵敏度因元素而异，一般为万分之一到千分之一。
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XPS可以用来测量： 1、元素的定性分析。可以根据能谱图中出现的特征谱线的位置鉴定
除H、He以外的所有元素。 2、元素的定量分析。根据能谱图中光电子谱线强度（光电子峰的面
积）反应原子的含量或相对浓度。 3、固体表面分析。包括表面的化学组成或元素组成，原子价态，表
面能态分布，测定表面电子的电子云分布和能级结构等。 4、化合物的结构。可以对内层电子结合能的化学位移精确测量，提
22
三、质谱分析技术
1、基本概念 质谱分析法(Mass Spectrometry, MS)是在高真空系统中测定样品的分子离子及
碎片离子质量，以确定样品相对分子质量及分子结构的方法。化合物分子受到 电子流冲击后，形成的带正电荷的分子、离子及碎片离子，按照其质量m和电荷 z的比值m/z(质荷比)大小依次排列而被记录下来的图谱，称为质谱。
(STM),为人类在纳米级乃至在原子级水平上研究物质的表面原子、分子的几 何结构，以及与电子行为有关的物理、化学性质开辟了新的途径，因而获得 了1985年诺贝尔物理学奖。
作为纳米测量强有力手段的SPM（扫描探针显微镜）技术,包括STM、AFM （原子力显微镜）、MFM（磁力显微镜）等,已发展成为商品。近年来，近场 光学显微镜、光子扫描隧道显微镜以及各种谱学分析手段与SPM技术相结合的 新型纳米测量技术已相继出现，推动了纳米测量学的发展。 二.对常规技术进行改造，使它们能适应纳米测量的需要。
表面分析方法有数十种，常用的有离子探针、俄歇电子能谱(AES)分
析和X射线光电子能谱(XPS)分析,能量扩展X射线(EDX)分析，其次还有离
子中和谱、离子散射谱、低能电子衍射、电子能量损失谱、紫外光电子
谱 (UPS)，电子束激光散射法(MDS、REA)，电子能耗能谱法(EELS)，以
及自旋电子能谱分析法,亚稳定氦原子散射法(MDS、MIES)，场离子显微
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纳米测量学
1、概念 测量技术是指物质结构与性质及其应用的有关分析、测试方法，有时也
包括测试、测量工具的研究与制造。 纳米材料的表征与测试主要包括：纳米材料的粒度分析、形貌分析、成
分分析、结构分析、表面与界面分析等。 2、纳米测量技术的研究大致分为两个方面： （1）应用与研制先进的测试仪器，解决物理和微细加工中的纳米测量问题， 分析各种测试技术，提出改进的措施或新的方法。 （2）从计量学的角度出发分析各种测试方法的特点，如：使用范围、精度等 级、频率响应等。
米 测
质谱分析技术
量
显微分析技术
技
术
扫描探针技术
纳米表面的测量技术
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一、超薄层面及横向纳米结构的分析
1、定位 超薄薄膜在未来的纳米器件中占有重要的地位，对横向纳
米结构进行定量化分析在纳米技术领域占有突出的地位． 2、分析技术特点
这种新的分析技术，它是以STM为基础衍生出来的新技术， 它不但可作为“纳米工具”用于层面的专门修整，也可以作为 纳米分析工艺，因此它同时可以确定原子和亚微米尺寸范围的 层面结构的几何排列和电子排列形式．
镜分析等。这些表面分析方法的基本原理，大多是以一定能量的电子、
离子、光子等与固体表面相互作用，然后分析固体表面所放射出的电子、
离子、光子等，从而得到有关的各种信息。
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3、几种常用分析方法的特点及应用 电子能谱分析是一种研究物质表层元素组成与离子状态的表面分析
技术。其基本原理是利用单色射线照射样品，使样品中原子或者分子的 电子受激发射，然后测量这些电子的能量分布。
对纳米微粒颗粒度、形貌、比表面和结构的分析技术，目前日趋成熟．主要 分析技术和手段有TEM、HREM、STM和AFM。HRSEM用于颗粒度和其分布 分析，分析手段还有XRD、RS、穆斯堡尔谱仪、比表面测试仪、Zeta电位仪以 及建立在动态光散射和悬浮液中纳米微粒沉降基础上发展起来的纳米粒子粒径分 布仪等已得到普遍应用。
通过与已知元素的原子或者离子的不同壳层的电子的能量相比较， 就可以确定未知样品中原子或者离子的组成和状态。
根据激发源的不同，电子能谱又分为:X射线光电子能谱(XPS)、 紫外光电子能谱(UPS) 、俄歇电子能谱(AES）
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XPS分析法：
特点：X射线光电子能谱分析，以一定能量的X射线辐照气体分子或固体表面， 发射出的光电子的动能与该电子原来所在的能级有关，记录并分析这些光电子能量 可得到元素种类、化学状态和电荷分布等方面的信息。这种非破坏性分析方法，不 仅可以分析导体、半导体，还可分析绝缘体。与紫外光源相比，射线的线宽在0.7eV 以上，因此不能分辨出分子、离子的振动能级。
2、特点 （1）应用范围广,测定样品可以是无机物，也可以是有机物。应用上可做化合物的 结构分析、测定原子量与相对分子量、同位素分析、生产过程监测、环境监测、热 力学与反应动力学、空间探测等。被分析的样品可以是气体和液体，也可以是固体。 （2）灵敏度高，样品用量少。 （3）分析速度快，并可实现多组分同时测定。 （4）与其它仪器相比，仪器结构复杂，价格昂贵，使用及维修比较困难。对样品 有破坏性。
纳米科技研究的飞速发展对纳米测量提出了以下迫切的更 高要求：
１.如何评价纳米材料的颗粒度,分布,比表面和微结构？ ２.如何评价超薄薄膜表面的平整度和起伏？ ３.如何测量纳米尺度的多层膜的单层厚度？ ４.如何评价纳米器件？
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发展纳米测量科学有两个重要途径
一.创造新的纳米测量技术、建立新原理、新方法。 此种途径发展较快，1984年Binnig和Rohrer首先研制出扫描隧道显微镜
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主要内容
13.1 纳米测量学的现状和进展 13.2 纳米测量技术的展望
13.2.1 超薄层面及横向纳米结构的分析 13.2.2 电子与光子束分析技术 13.2.3 质谱分析技术 13.2.4 显微分析技术 13.2.5 扫描Байду номын сангаас针技术 13.2.6 纳米表面的测量技术
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第一节 纳米测量学的现状和进展
第十三章 纳米测量学
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背景
纳米技术是20世纪80年代发展起来的新兴技术，被誉为21世纪信息 革命的核心，21世纪的产业革命。纳米材料的制备是纳米研究和应用 的前提，而对纳米材料的测量又是纳米研究和应用的关键，因此纳米 科技的出现和发展离不开纳米测量技术。
纳米科技，是指在10-7- 10-9m 的范围内认识和改造自然，它是交叉 综合学科，它包括纳米体系物理学，纳米化学，纳米生物学，纳米材 料学，纳米电子学，纳米加工学，纳米测量学和纳米摩擦学等分支学 科，是一个前沿基础学科和高技术融为一体的完整体系。而纳米测量 学在其研究中起着举足轻重的作用，内容涉及纳米尺度的评价、成分、 微结构和物性的纳米尺度的测量。
仪器结构：主要包括：真空系统、X射线源、能量分析器和检测记录系统、试 验室和样品台等
优势：在于可对固体表面进行化学分析，因此，也可称作是ESCA(电子能谱化 学分析法)技术。
应用：XPS被广泛应用于分析无机化合物、合金、半导体、聚合物、元素、催化 剂、玻璃、陶瓷、染料、纸、墨水、木材、化妆品、牙齿、骨骼、移植物、生物材 料、油脂、胶水等。
客观评价，如反射电子显微束可以测量小于1nm的台阶； (7) 纳米精度的定位和控制．
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二、表面分析(电子与光子束分析技术)
1、基本概念
表面分析是对固体表面或界面上只有几个原子层厚的薄层进行组
分、结构和能态等的分析，并且也是一种利用分析手段，揭示材料及
其制品的表面形貌、成分、结构或状态的技术。 2、方法分类