Назначение
Сканирующие зондовые микроскопы Solver NEXT, предназначены для измерений трехмерной топологии и параметров микрорельефа поверхности конденсированных сред с атомарным разрешением.
Сканирующие зондовые микроскопы Solver NEXT применяются в микро-, опто-, наноэлектронике, нанотехнологии, микромеханике, фармацевтике и микробиологии, производстве полимеров и генной инженерии, создании наноструктурных материалов, запоминающих сред, химии и химической технологии, металлургии, в лабораториях промышленных предприятий, научно-исследовательских и учебных организаций.
Описание
Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ) представляют собой стационарные автоматизированные многофункциональные измерительные системы.
СЗМ обеспечивает работу как в режиме сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), так и атомно-силового микроскопа (АСМ) 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. АСМ 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: электронный блок управления - СЗМ контроллер, базовый блок Solver NEXT (оптическая система регистрации отклонений кантилевера, система сканирования, система автоматической юстировки, модуль СТМ, модуль АСМ, оптическая система видеонаблюдения с моторизованным непрерывным увеличением, фокусировкой и позиционированием рабочей области с разрешением 3 мкм или 1 мкм), USB-кабель для соединения СЗМ контроллера с рабочей станцией, кабель разъема «STEP MOTORS» для управления микроперемещателями, кабель разъема «HEAD», кабель разъема «CONTROLLER 2», программное обеспечение для получения и обработки изображений (NOVA-P9), набор кантилеверов (измерительных зондов), набор кремниевых решеток для калибровки сканера, подложка для крепления образцов, рабочие принадлежности для СЗМ Solver NEXT.
В качестве зонда в АСМ 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 подачи на пьезотрубку сканера напряжения соответствующего значения. Использование в СЗМ Solver NEXT низкошумящих емкостных датчиков в процессе сканирования позволяет уменьшить влияние нелинейности пьезосканера и обеспечить возможность более точных измерений.
Конструкция СЗМ Solver NEXT обеспечивает автоматический подвод образца к зонду; автоматическую установку АСМ/СТМ головок в рабочее положение без дополнительных приспособлений; простую процедуру замены зондового датчика; простую процедуру замены и установки образца. Приборы позволяют проводить сканирование образцом, комбинированно на воздухе и в жидких средах.
Управление процессом измерений осуществляется от контроллера и PC совместимого компьютера с помощью программного обеспечения. Управляющие сигналы от СЗМ-контроллера поступают в измерительный узел Solver NEXT. Управление СЗМ-контроллером осуществляется с помощью компьютерного программного обеспечения. При помощи программного обеспечения осуществляется настройка прибора, оптимизация его параметров, управление режимами работы, выполнение сканирования, обработка результатов измерений и их хранение.
Конструктивно СЗМ Solver NEXT выполнен в виде настольного прибора с отдельно устанавливаемым компьютером. По заказу прибор оснащается широким набором дополнительных устройств и принадлежностей.
Технические характеристики
| Параметры | Значение |
| 1 Диапазон измерений линейных размеров в плоскости XY, мкм | от 0 до 90 |
| 2 Диапазон измерений линейных размеров по оси Z, мкм | от 0 до 10 |
| 3 Пределы допускаемой относительной погрешности измерений линейных размеров в плоскости XY (%) | ±1 |
| 4 Пределы допускаемой относительной погрешности измерений линейных размеров по оси Z (%) | ±5 |
| 5 Разрешение в плоскости XY, нм, не более | 0,02 |
| 6 Разрешение в плоскости XY с датчиками обратной связи, нм, не более | 0,3 |
| 7 Нелинейность сканирования в плоскости XY с датчиками обратной связи, %, не более | 0,1 |
| 8 Неортогональность сканера по оси Z, градус, не более | 5 |
| 9 Неортогональность сканера в плоскости XY, градус, не более | 2 |
| 10 Неплоскостность сканирования в плоскости XY, нм, не более | 200 |
| 11 Максимальное число точек сканирования по X и Y, Nx х Ny | 4000 х 4000 |
| 12 Диапазон позиционирования образца в плоскости XY (с минимальным шагом позиционера 0,3 мкм), мм, не менее | 5x5 |
| 13 Разрешающая способность оптической системы видеонаблюдения, мкм, не более | 2 |
| Параметры | Значение |
| 14 Разрешение в плоскости XY, нм, не более | 0,24 |
| 15 Дрейф в плоскости XY, А/с, не более | 2 |
| 16 Дрейф по оси Z, А/с, не более | 1,5 |
| 17 Габаритные размеры электронного блока (ДхЩхВ), мм, не более | 445x160x500 |
| 18 Габаритные размеры базового блока Solver NEXT (ДхЩхВ), мм, не более | 320x215x470 |
| 19 Длина кабеля, м, не менее: - интерфейсного USB-кабеля - кабеля разъема «STEP MOTORS» - кабеля разъема «HEAD» - кабеля разъема «CONTROLLER 2» - кабеля сетевого | 2,0 1,5 1,5 1,5 1,8 |
| 20 Масса, кг, не более: - СЗМ контроллера (электронного блока) - базового блока Solver NEXT | 14 30 |
| 21 Номинальное напряжение электропитания (переменного тока), В | (110 / 220)±10 |
| 22 Потребляемая мощность, Вт, не более | 400 |
| 23 Время выхода прибора на рабочий режим после включения в сеть, мин, не более | 5 |
| 24 Время непрерывной работы прибора, ч, не менее | 8 |
| 25 Размеры исследуемых образцов (диаметр х толщина), мм, не более | 20 х 7 |
| 26 Масса исследуемых образцов, г, не более | 20 |
| 28 Условия эксплуатации: - температура окружающего воздуха, °C - относительная влажность, %, не более - атмосферное давление, мм рт. ст. - дрейф температуры, °C в час, не более - амплитуда вибраций в полосе частот 1-4000, мкм, Гц не более | 20 ±5 65 ±15 760 ± 30 1 0,5 |
Знак утверждения типа
Знак утверждения типа наносится в виде наклейки на заднюю панель контроллера и на заднюю панель измерительного блока, а также на титульный лист руководства по эксплуатации.
Комплектность
Комплект поставки определяется заказом и отражается в спецификации. Основной комплект включает:
| № | Описание | Кол-во |
| 1 | Электронный блок управления - СЗМ контроллер. | 1 шт. |
| 2 | Базовый блок Solver NEXT (оптическая система регистрации отклонений кантилевера, система сканирования, система автоматической юстировки, модуль СТМ, модуль АСМ, оптическая система видеонаблюдения с моторизованным непрерывным увеличением, фокусировкой и позиционированием рабочей области с разрешением 3 мкм или 1 мкм). | 1 шт. |
| 3 | USB-кабель для соединения СЗМ контроллера с рабочей станцией. | 1 шт. |
| 4 | Кабель разъема «STEP MOTORS» для управления микроперемещателями. | 1 шт. |
| 5 | Кабель разъема «HEAD». | 1 шт. |
| 6 | Кабель разъема «CONTROLLER 2». | 1 шт. |
| 7 | Программное обеспечение для получения и обработки изображений (NOVA-P9). | 1 шт. |
| 8 | Набор кантилеверов (измерительных зондов). | 50 шт. |
| 9 | Набор кремниевых решеток для калибровки сканера. | 3 шт. |
| 10 | Подложка для крепления образцов. | 5 шт. |
| 11 | Рабочие принадлежности для СЗМ Solver NEXT. | 1 шт. |
| 12 | Паспорт «Микроскоп сканирующий зондовый SOLVER NEXT» | 1 шт. |
Поверка
Поверка микроскопов проводится в соответствии с ГОСТ Р 8.630-2007. При поверке применяются: Рельефная мера МШПС 2.ОК, изготовленная по ГОСТ Р 8.628-2007 и поверенная по ГОСТ Р 8.629-2007.
Межповерочный интервал - 1 год.
Нормативные документы
ГОСТ Р 8.628-2007 «ГСП. Меры рельефные нанометрового диапазона из монокристаллического кремния. Требования к геометрическим формам, линейным размерам и выбору материала для изготовления»
ГОСТ Р 8.629-2007 «ГСП. Меры рельефные нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем. Методика поверки»
ГОСТ Р 8.630-2007 «ГСП. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые измерительные. Методика поверки»
Технические условия «Микроскоп сканирующий зондовый SOLVER NEXT» (ТУ 4254-00440349675-2008)
Заключение
Тип микроскопов сканирующих зондовых SOLVER NEXT утвержден с техническими и метрологическими характеристиками, приведёнными в настоящем описании типа, и метрологически обеспечен при выпуске из производства и в эксплуатации.
22930-02
