Микроскоп атомно-силовой Dimension 3100

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.