Назначение
Микроскоп атомно-силовой Dimension 3100 предназначен для измерений линейных размеров деталей структуры, наблюдаемых на изображении, сформированном при сканировании поверхности зондом.
Применяется в материаловедении, микроэлектронике, геологии, биологии, металлургии и других отраслях науки и техники.
Описание
Атомно-силовой микроскоп (ACM) Dimension3100 представляет собой стационарную автоматизированную многофункциональную измерительную систему, в состав которой входят:
- головка сканера Dimension Hybrid XYZ;
- столик атомно-силового микроскопа Dimensions 100 с моторизованной подводкой образца;
- оптический видеомикроскоп;
- блок управления микроскопом Dimension;
- блок управления микроскопом Nanoscope V;
- звукоизоляционная камера;
- система виброзащиты;
- рабочая станция микроскопа на базе специализированного компьютера;
- программное обеспечение для управления микроскопом;
- комплект запчастей и расходных материалов
Принцип действия атомно-силового микроскопа основан на взаимодействии зонда с исследуемой поверхностью. Игла зонда находится над поверхностью образца, при этом зонд относительно образца совершает построчное сканирование. Лазерный луч, направленный на поверхность зонда (которая изгибается в соответствии с профилем образца), отразившись, попадает на позиционно-чувсвительный фотодетектор, фиксирующий отклонения луча. При этом отклонение иглы зонда при сканировании вызвано межатомным взаимодействием поверхности образца с наконечником иглы зонда.
В блоке управления АСМ существует система обратной связи, которая связана с системой отклонения кантилевера от первоначального положения. Уровень связи (рабочая точка) кантилевер-образец задается заранее, и система обратной связи отрабатывает так, чтобы этот уровень поддерживался постоянным независимо от рельефа поверхности, а сигнал, характеризующий величину отработки, является полезным сигналом детектирования и отражает топографию поверхности. При помощи компьютерной обработки сигналов фотоприемника удается получать трехмерные изображения топографии поверхности исследуемого образца.
Блок управления микроскопом Dimension подает питание на столик атомно-силового микроскопа Dimensions 100, контролирует систему освещения образца и систему вакуумного держателя образца. Блок управления микроскопом Nanoscope V контролирует головку сканера Dimension Hybrid XYZ, систему обратной связи и систему сбора данных.
Управление работой микроскопа осуществляется с помощью рабочей станции на базе специализированного компьютера.
Для изучения топографии поверхности с помощью атомно-силового микроскопа используются зонды - кантилеверы, которые расположены на чипе с размерами примерно 3.4 х 1.6 мм. Кантилевер представляет собой гибкую балку с определенным коэффициентом жесткости к (10‘3 - 50 Н/м), на конце которой находится микроигла. Радиус закругления R наконечника иглы с находится на уровне 10 нм. В ACM Dimensions 100 применена измерительная схема с неподвижным образцом и подвижным зондом. В ходе измерений прецизионные перемещения иголки в трех направлениях обеспечиваются трубчатым пьезосканером, на котором устанавливается чип с кантилевером. При этом для обеспечения удобства установки и смены зондов имеется сменный держатель. В измерительной системе использована лазерно-лучевая схема детектирования отклонения кантилевера.
При работе микроскопа обеспечиваются безопасные условия труда оператора.
Технические характеристики
1 .Диапазон измерений линейных размеров в плоскости XY, мкм 0 + 90 2. Диапазон измерений линейных размеров по оси Z, мкм ....... 0 6,0
3. Разрешение по оси Z, не более, нм
3. Пределы допускаемой погрешности измерений линейных размеров, не более, %
5. Напряжение питания переменного тока, В 220 (+10/-15%)
Ь. Потребляемая мощность не более, кВ-А
7. Габаритные размеры, мм 870x820x1270
. Общая масса, кг
3 .Условия эксплуатации:
- диапазон температуры окружающего воздуха, °C
- стабильность температуры окружающего воздуха, °C
- максимальный уровень акустического шума, дБ
- относительная влажность воздуха, %
- стабильность относительной влажности воздуха, %
- диапазон атмосферного давления, кПа 100 ± 4
ЗНАК УТВЕРЖДЕНИЯ типа
Знак утверждения типа наносится на корпус микроскопа и на титульный лист руководства по эксплуатации.
Комплектность
В комплект единичного экземпляра атомно-силового микроскопа Dimension (Veeco Instruments) 3100 зав. № 1524-227, входят:
1. Столик атомно-силового микроскопа Dimension3100 1 шт.
2. Головка сканера Dimension Hybrid XYZ 1 шт.
3. Блок управления микроскопом Dimension 1 шт.
4. Блок управления микроскопом Nanoscope V 1 шт.
5. Звукоизоляционная камера 1 шт.
6. Система виброзащиты 1 шт.
7. Руководство по эксплуатации 1 шт.
Поверка
Поверка микроскопа проводится в соответствии с ГОСТ Р 8.630-2007 «ГСП. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые измерительные. Методика поверки». При поверке применяется мера, изготовленная по ГОСТ Р 8.628-2007 «ГСП. Меры рельефные нанометрового диапазона из монокристаллического кремния. Требования к геометрическим формам, линейным размерам и выбору материала для изготовления» и поверенная по ГОСТ Р 8.629-2007 «ГСП. Меры рельефные нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем элементов. Методика поверки».
Межповерочный интервал — 1 год.
Нормативные документы
1. ГОСТ 12997-84 «Изделия ГСП. Общие технические условия».
2. ГОСТ Р 51350-99 «Безопасность электрических контрольноизмерительных приборов и лабораторного оборудования. Общие требования».
3. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99). СП 2.6.1.799-99 Минздрав России, 2000.
4. Техническая документация фирмы - изготовителя «Veeco Instruments», США.
Заключение
Микроскоп атомно-силовой (ACM) Dimension 3100, заводской № 1524-227 утвержден с техническими и метрологическими характеристиками, приведенными в настоящем описании и метрологически обеспечен при выпуске из производства и эксплуатации.
