Назначение
Микроскопы сканирующие зондовые Ntegra SPECTRA, Ntegra PRIMA, Ntegra VITA, Ntegra THERMA, Ntegra AURA, Ntegra MAXIMUS, Ntegra SOLARIS, Ntegra SOLARIS Duo, Ntegra TOMO, Ntegra LIFE (далее C3M Ntegra) предназначены для измерений трехмерной топологии и параметров микрорельефа поверхности конденсированных сред с атомарным разрешением.
Описание
СЗМ Ntegra представляют собой стационарные автоматизированные
многофункциональные измерительные системы.
СЗМ Ntegra обеспечивает работу как в режиме сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), так и атомно-силового микроскопа (ACM) с использованием различных методик зондовой микроскопии.
Принцип действия СТМ основан на квантовом эффекте туннелирования электронов через узкий потенциальный барьер между исследуемой проводящей поверхностью образца и острием микрозонда. Детектируя туннельный ток, протекающий при постоянном электрическом смещении между микрозондом и образцом, получают информацию о топографии проводящей поверхности в атомном масштабе. ACM реализует принцип измерений силы, действующей на острие микрозонда со стороны исследуемой поверхности, как проводящих, так и диэлектрических сред. Поддерживая с помощью обратной связи постоянной силу взаимодействия между микрозондом и поверхностью образца, регистрируют положение острия микрозонда, что позволяет получить трехмерное изображение топографии поверхности.
В состав СЗМ входит набор измерительных СЗМ-головок, электронный блок и управляющий персональный компьютер.
В качестве зонда в ACM используется чувствительный элемент - кантилевер, который представляет собой кремниевый монокристалл, на котором сформирована балочная структура с острием в виде микроиглы. В СТМ в качестве зонда используется металлическая игла из платиновых сплавов.
Сканирование в различных диапазонах обеспечивается с помощью заменяемых пьезосканеров. Использование в СЗМ Ntegra емкостных датчиков в процессе сканирования позволяет уменьшить влияние нелинейности пьезосканера. Конструкция блока подвода и сканирования СЗМ Ntegra обеспечивает ручной и автоматический подвод образца к зонду; установку АСМ/СТМ головок на блок подвода без дополнительных приспособлений; простую процедуру замены и установки сканера и держателя образца. Приборы позволяют проводить сканирование как зондом или образцом, так и комбинированно на воздухе, в газовой и жидкой средах.
Конструктивно СЗМ Ntegra выполнены в виде настольных приборов с отдельно устанавливаемым компьютером. По заказу приборы оснащаются широким набором дополнительных устройств и принадлежностей.
Внешний вид C3M Ntegra представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Внешний вид C3M Ntegra.
Метрологические характеристики всех модификаций СЗМ Ntegra идентичны, а различия их измерительных возможностей отражены в таблице 1.
Таблица 1 Общие методические возможности СЗМ семейства Ntegra
| Методики сканирующей ближнепольной оптической микроскопии | Методики СТМ/АСМ при атмосферном давлении | Измерения в вакууме | Измерения, связанные с нагреванием образца | Измерения в жидкой фазе |
| СБОМ | СТМ | ACM | СТМ | ACM | СТМ | ACM | СТ | ACM |
| NTEGRA SPECTRA | + | + | + | - | - | + | + | + | + |
| NTEGRA PRIMA | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
| NTEGRA VITA | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
| NTEGRA THERMA | - | + | + | - | - | + | + | - | - |
| NTEGRA AURA | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
| NTEGRA MAXIMUS | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
| NTEGRA SOLARIS | + | - | + | - | + | - | - | - | - |
| NTEGRA SOLARIS Duo | + | - | + | - | + | - | - | - | - |
| NTEGRA TOMO | - | - | + | - | + | - | - | - | + |
| NTEGRA LIFE | - | - | + | - | - | - | + | - | + |
Программное обеспечение
Управление процессом измерений осуществляется от контроллера и PC совместимого компьютера с помощью программного обеспечения. Управляющие сигналы от СЗМ контроллера поступают в измерительную головку. Управление СЗМ-контроллером осуществляется с помощью компьютерного программного обеспечения посредством специальной PCI-платы или интерфейса USB 2.0. При помощи программного обеспечения осуществляется настройка прибора, оптимизация его параметров, управление режимами работы, выполнение сканирования, обработка результатов измерений и их хранение.
Идентификационные данные программного обеспечения микроскопов представлены в таблице 2.
Таблица 2
| Идентификационные данные | Значение |
| Идентификационное наименование ПО | Программное обеспечение для СЗМ |
| Номер версии (идентификационный номер) ПО | не ниже 1.1.0.1824 |
| Цифровой идентификатор ПО | fabb032420d4483e9b2843ffc96425321e45cee8 |
| Алгоритм вычисления идентификатора ПО | Sha1 |
Защита программного обеспечения от непреднамеренных и преднамеренных
изменений согласно Р 50.2.077-2014 соответствует высокому уровню.
Технические характеристики
Таблица 3
| Параметр | Значение |
| Диапазон измерений линейных размеров в плоскости XY не менее, мкм | 0-90* |
| Диапазон измерений линейных размеров по оси Z не менее, мкм | 0-10* |
| Пределы допускаемой относительной погрешности измерений линейных размеров в плоскости XY не более, % | ±1 |
| Пределы допускаемой относительной погрешности измерений линейных размеров по оси Z не более, % | ±5 |
| Пределы допускаемой абсолютной погрешности сличения геометрических размеров в режиме компаратора (при номинальных размерах более 10 нм), нм | ±(1+0,001L) |
| У гол между осями сканирования X и Y, градус | 90,0±1,5 |
| У гол между осью Z и нормалью к плоскости XY не более, градус | 5 |
| Нелинейность сканирования в плоскости XY не более, % | 0,5 |
| Неплоскостность сканирования в плоскости XY не более, нм | 100 |
| Разрешение в плоскости XY не более, нм | 0,15 |
| Разрешение по оси Z не более, нм | 0,1 |
| Дрейф в плоскости XY не более, нм/с | 0,2 |
| Дрейф по оси Z не более, нм/с | 0,15 |
| Максимальное число точек сканирования по X и Y | 4000x4000 |
| Размеры исследуемых образцов (диаметр х толщина) не более, мм | 100 х 20 |
| Напряжение питания переменного тока, В | 110/220 (+10/-15%) |
| Потребляемая мощность не более, Вт | 120 |
| Г абаритные размеры электронного блока не более, мм | 445x160x500 |
| Г абаритные размеры СЗМ не более, мм | 240x345x280 |
| Масса не более, кг | 60 |
*Метрологические характеристики указаны для СЗМ семейства Ntegra с измерительной головкой типа «СМЕНА». При использовании других измерительных головок и сканеров из комплекта СЗМ семейства Solver показатели точности измерений метрологически не нормируются. Соотношение между техническими возможностями различных типов измерительных головок и сканеров представлены таблице 4 и 5.
Таблица 4. Микроскопы снабженные сканерами с емкостными датчиками перемещения
| Технические характеристики | ИГ типа «Смена» | Нижний сканер | ИГ типа «СНОМ» |
| Диапазон измерений линейных размеров в плоскости XY, мкм | 100±10 | 100±10 | 100±10 |
| Диапазон измерений линейных размеров по оси Z, мкм | 10±1 | 10±1 | 10±1 |
| Угол между осями сканирования X и Y, градус | 90,0±1,5 | 90,0±1,5 | 90,0±1,5 |
| Угол между осью Z и нормалью к плоскости XY не более, градус | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
| Величина нелинейности сканирования в плоскости XY не более, % | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Величина неплоскостности сканирования по XY не более, нм | 100 | 200 | 400 |
Таблица 5. Микроскопы снабженные сканерами без емкостных датчиков перемещения
| Технические характеристики | Нижние сканеры | ИГ типа «Смена» |
| 1 мкм | 3 мкм | 10 мкм | 100 мкм | 100 мкм |
| Диапазон измерений линейных размеров в плоскости XY, мкм | 1,0±0,1 | 3,0±0,3 | 10,0±1,0 | 100±10 | 100±10 |
| Диапазон измерений линейных размеров по оси Z не менее, мкм | 1.1 | 1.5 | 2 | 3.5 | 3.5 |
| У гол между осями сканирования X и Y, градус | - | 90,0±2,0 | 90,0±2,0 | 90,0±2,0 | 90,0±2,0 |
| У гол между осью Z и нормалью к плоскости XY не более, градус | - | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
| Величина нелинейности сканирования в плоскости XY не более, % | - | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Величина неплоскостности сканирования по XY не более, нм | - | 20 | 20 | 200 | 200 |
Знак утверждения типа
наносится на лист № 3 руководства по эксплуатации типографским способом и корпус прибора методом наклейки.
Комплектность
определяется заказом и отражается в спецификации. Основной комплект поставки в
соответствии с таблицей 6.
Таблица 6
| № | Описание |
| 1 | Защитный колпак для работы на воздухе и вакууме. |
| 2 | СТМ головка (сканирование образцом). |
| 3 | ACM головка (сканирование образцом). |
| 4 | Сканирующая СЗМ головка СМЕНА с датчиками перемещения по XYZ. |
| 5 | Заменяемый сканер X,Y, Z (1 * 1 х 1мкм (±10%)). |
| 6 | Заменяемый сканер X,Y, Z (10 х10 х 2.0 мкм (±10%)). |
| 7 | Заменяемый сканер X,Y, Z (100 * 100 х 5.0 мкм (±10%)). |
| 8 | Базовый блок Ntegra: содержит систему моторизованного подвода, штуцер ввода воздуха/газа для работы в контролируемой атмосфере, разъемы термостолика и напряжения смещения, разъемы для подключения заменяемых сканеров и измерительных головок, ручной перемещатель по X и Y, датчик и индикатор температуры и влажности. |
| 9 | Юстировочный столик для резонансных методик ACM с возможностью измерять ток через в системе зонд-образец. |
| 10 | Юстировочный столик для резонансных методик ACM с возможностью подавать постоянное и переменное напряжение на проводящий кантилевер для работы в динамических режимах измерения емкости. |
| 11 | Электронный блок управления (СЗМ контроллер) |
| 12 | PCI плата сопряжения электронного блока с персональным компьютером и интерфейсный кабель. |
| 13 | Программное обеспечение для получения и обработки изображений. |
| 14 | Набор кантилеверов. |
| 15 | Рабочие принадлежности для СЗМ. |
Дополнительное оборудование, поставляемое по отдельному заказу (Таблица 7).
Таблица 7
| № | Описание |
| 1 | Высокотемпературная СЗМ головка с датчиками перемещения по XYZ. |
| 2 | Сканирующая СЗМ головка СМЕНА для работы в жидкости. |
| 3 | Жидкостная СЗМ головка СМЕНА с датчиками перемещения по XYZ. |
| 4 | Ячейка закрытая жидкостная |
| 5 | Ячейка закрытая жидкостная с подогревом |
| 6 | Термостолик универсальный, температура нагрева до 300 °С |
| 7 | Держатель образца с платформой нагревания (до 150 °С) и датчиком температуры. |
| 8 | Диск для AFAM (для работы в акустическом режиме) |
| 9 | Открытая жидкостная ячейка |
| 10 | Вакуумная СЗМ головка СМЕНА с датчиками перемещения по XYZ. |
| 11 | Температурный контроллер |
| 12 | Адаптеры Z и XY |
Поверка
осуществляется в соответствии с документом МП 28664-10 «Микроскопы сканирующие зондовые семейств Solver и Ntegra. Методика поверки», утвержденным ФГУП «ВНИИМС» 19 мая 2010 г. с изменением № 1, утвержденным 19.03.2015 г.
Основные средства поверки:
• мера периода и высоты линейная TGQ1 (ГР№ 41680-09);
• мера периода и высоты линейная TGZ3 (ГР № 41678-09);
• мера периода линейно-угловая TGG1 (ГР№ 41677-09).
Сведения о методиках (методах) измерений приведены в Руководстве по эксплуатации.
Нормативные документы
Технические условия ТУ 4254-001-58699387-2010.
Рекомендации к применению
- при выполнении работ по оценке соответствия продукции и иных объектов обязательным требованиям в соответствии с законодательством Российской Федерации о техническом регулировании.
