Назначение
Микроскопы сканирующие зондовые Solver HV, Solver HV-MFM, Solver SNOM, Smena, Solver PRO, Solver PRO-M, Solver FD, Solver P47-PRO, Solver PRO-ЕС, Solver MFM, Solver BIO-M, Solver OPEN (далее C3M Solver) предназначены для измерений трехмерной топологии и параметров микрорельефа поверхности конденсированных сред с атомарным разрешением.
Описание
СЗМ Solver представляют собой стационарные автоматизированные
многофункциональные измерительные системы.
СЗМ Solver 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. Конструкция блока подвода и сканирования СЗМ Solver 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 Solver выполнены в виде настольных приборов с отдельно устанавливаемым компьютером. По заказам приборы оснащаются широким набором дополнительных устройств и принадлежностей.
Внешний вид C3M Solver представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Внешний вид C3M Solver.
Таблица 1 Общие методические возможности СЗМ семейства Solver
| 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 | СТ -М- | ACM | СТМ | ACM | СТМ | ACM |
| SOLVER HV | - | + | + | + | + | + | + | - | - |
| SOLVER HV-MFM | - | + | + | + | + | + | + | - | - |
| SOLVER SNOM | + | - | + | - | - | - | - | - | - |
| ИГ SMENA | - | - | + | - | - | - | - | - | + |
| SOLVER PRO | + | + | + | - | - | + | + | + | + |
| SOLVER PRO-M | + | + | + | - | - | + | + | + | + |
| SOLVER FD | - | - | + | - | - | - | - | - | - |
| SOLVER P47-PRO | + | + | + | - | - | + | + | + | + |
| SOLVER P47H-PRO | + | + | + | - | - | + | + | + | + |
| SOLVER PRO-EC | - | + | + | - | - | + | + | + | + |
| SOLVER MFM | - | - | + | - | - | - | - | - | + |
| SOLVER BIO-M | - | - | + | - | - | - | + | - | + |
| SOLVER OPEN | - | - | + | - | - | - | + | - | + |
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
приведены в таблице 3. 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 | 44 |
*Метрологические характеристики указаны для СЗМ семейства Solver 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» | ИГ типа «СНОМ» |
| Диапазон измерений линейных размеров в плоскости XY, мкм | 100±10 | 100il0 |
| Диапазон измерений линейных размеров по оси Z, мкм | 10±1 | 10±1 |
| У гол между осями сканирования X и Y, градус | 90,0±1,5 | 90,0±1,5 |
| У гол между осью Z и нормалью к плоскости XY не более, градус | 5,0 | 5,0 |
| Величина нелинейности сканирования в плоскости XY не более, % | 0,5 | 0,5 |
| Величина неплоскостности сканирования по XY не более, нм | 100 | 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 |
| Угол между осями сканирования X и Y, градус | - | 90,0±2,0 | 90,0±2,0 | 90,0±2,0 | 90,0±2,0 |
| Угол 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
| № | Наименование |
| 1 | Заменяемый сканер X,Y, Z (1 х 1 х 1мкм (±10%)). |
| 2 | Заменяемый сканер X,Y, Z(10xl0x2.0 мкм (±10%)). |
| 3 | Заменяемый сканер X,Y, Z (100 х 100 х 5.0 мкм (±10%)). |
| 4 | Универсальная ACM головка (сканирование образцом). |
| 5 | Универсальная сканирующая СЗМ головка СМЕНА (100 х 100 х 100 мкм (±10%)). |
| 6 | СТМ головка с диапазоном токов 30пА-50нА (сканирование образцом). |
| 7 | Юстировочный столик для резонансных методик ACM с возможностью измерять ток в системе зонд-образец. |
| 8 | Юстировочный столик для резонансных методик ACM с возможностью подавать постоянное и переменное напряжение на проводящий кантилевер для работы в динамических режимах измерения емкости. |
| 9 | Базовый блок Solver Pro. Содержит систему моторизованного подвода, штуцер ввода воздуха/газа для работы в контролируемой атмосфере, разъемы термостолика и напряжения смещения, зеркало для видеосистемы. Ручной перемещатель по X, Y. |
| 10 | Защитный колпак. |
| 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
| № | Наименование |
| 1 | Сканирующая СЗМ головка СМЕНА с емкостными датчиками перемещения. |
| 2 | Сканирующая СЗМ головка СМЕНА для работы в жидкости. |
| 3 | У ниверсальная сканирующая СЗМ головка СМЕНА для исследования магнитных материалов (100 * 100 х 10.0 мкм (±10%)). |
| 4 | СТМ головка с диапазоном токов ЗпА-5нА (сканирование образцом). |
| 5 | Юстировочный столик с открытой/закрытой жидкостной ячейкой для ACM измерений в методах контактной или полуконтактной ACM. |
| 6 | Держатель образца с платформой нагревания (до 150 °С) и датчиком температуры. |
| 7 | Оптический микроскоп с непрерывной ручной регулировкой. |
| 8 | Штатив для оптического микроскопа. |
| 9 | Набор поверенных мер нанометрового диапазона. |
| 10 | Компьютер и монитор. |
Поверка
осуществляется в соответствии с документом МП 28666-10 «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 4254-003-58699387-20-10.
Рекомендации к применению
- при выполнении работ по оценке соответствия продукции и иных объектов обязательным требованиям в соответствии с законодательством Российской Федерации о техническом регулировании.
