Omicron MultiProbe S

Сверхвысоковакуумный комплекс Multiprobe RM (Omicron Nanotechnology GmbH)


Сверхвысоковакуумный комплекс Multiprobe RM (Фотохудожник Дмитрий Штыров ©)

Производитель компания Omicron Vakuumphysik GmbH Taunusstein, Германия).    
• Специализированная UHV система для электронной спектроскопии
в рабочем объеме которой ионно-геттерным и титановыми сублимационным насосами поддерживается давление ~ Торр. Турбо – молекулярный насос служит для откачки системы после развакуумирования и при работе ионной пушки, а также для откачки шлюзовой камеры. Предварительный вакуум в магистрали создается роторно-пластинчатым форвакуумным насосом через ловушку из активированного алюминия, которая предотвращает попадание паров масла из форвакуумного насоса в турбо- молекулярный насос.  
• Шлюз загрузки и выгрузки образцов.
• Система манипуляторов необходимых для загрузки и выгрузки образцов, а так же для перемещения образца в АСМ/СТМ микроскоп или камеру для ОЖЕ анализа.
• Воздушная подушка. Служит для изоляции системы от вибраций.

СВВ комплекс с давлением в вакуумном объеме 10-11 мбар предназначен для изучения топографии, состава и структуры твердотельных наноразмерных систем методами:

  • атомно-силовой/сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии (АСМ, СТМ, СТС);
  • электронной оже-спектроскопии (ЭОС);
  • растровой электронной микроскопии (РЭМ);
  • сканирующей оже-микроскопии (СОМ);
  • рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС);
  • дифракции быстрых электронов на отражение (ДБЭ).

Комплекс позволяет проводить изучение созданных в ростовой камере структур in situ, т.е. без выноса выращенной структуры в атмосферу. Доступные методы создания наноструктурированных систем:

  • молекулярно-лучевая эпитаксия с использованием электронного испарителя и сублимационного источника;
  • эпитаксия из газовой среды;
  • импульсное лазерное осаждение с использованием Nd:YAG лазера.  

Оборудование комплекса

Аналитическая камера

  1. Комбинированный АСМ/СТМ/СТС модуль. Предназначен для получения топографии поверхности твердотельных структур с атомным разрешением.
  2. Полусферический анализатор энергий электронов EA-125 с пятиканальным детектором на основе вторично-электронных умножителей (Channeltron). Разрешение по энергии 20 мэВ. Предназначен для сепарации вторичных электронов по энергии в методах РФЭС и ЭОС.
  3. Сканирующий источник электронов SEM 20 (FEI, США) с термополевым катодом и электростатическими линзами. Минимальный размер электронного зонда 20 нм, ток – до 100 нА, ускоряющее напряжение до 25 кВ. Предназначен для получения топографии поверхности твердотельных структур методом РЭМ, для изучения локального состава методом СОМ с пространственным разрешением 10 – 20 нм.
  4. Сильноточный электронный источник EKF 300. Размер электронного пучка 300 мкм, ток до 5 мкА, ускоряющее напряжение 1 – 5 кВ. Предназначен для получения высокоинтенсивных спектров в методе ЭОС.
  5. Источник рентгеновского излучения DAR 400 с Al и Mg анодами. Предназначен для возбуждения фотоэлектронов линиями Al K и Mg K в методе РФЭС.
  6. Источник ионов Ar+ ISE 10. Диаметр ионного пучка 25 мм, ток до 5 мкА, ускоряющее напряжение до 5 кВ. Предназначен для очистки поверхности образца ионным травлением и послойного профилирования в методах, ЭОС, РФЭС и СОМ с разрешением по глубине до 4 нм.
  7. Сканирующий источник ионов Ar+ FIG 5 с дифференциальной откачкой. Диаметр ионного пучка 100 мкм, ток до 5 мкА, ускоряющее напряжение до 5 кВ. Предназначен для очистки поверхности образца ионным травлением и послойного профилирования в методах, ЭОС, РФЭС и СОМ с разрешением по глубине до 1 нм.
  8. Манипулятор с 4-мя степенями свободы. Предназначен для перемещения и позиционирования держателя с образцов в вакуумном объеме. Позволяет нагревать образец до 800С косвенным нагревом с использованием встроенной печи и до 1300С прямым нагревом при пропускании тока. Позволяет измерять протекание тока через образец в методе РЭМ.

Ростовая камера

  1. Электронный испаритель EFM 3 с Mo, Ta и С тиглями. Скорость роста от 0,1 до 1000 монослоев/мин, температурный диапазон от 160оС до 3300оС, диаметр подложек 5 – 20 мм. Имеет датчик потока и встроенную заслонку. Предназначен для испарения материалов из тигля под действием электронного удара в методе молекулярно лучевой эпитаксии при создании наноструктурированных материалов и тонких пленок на поверхности подложек различных типов.
  2. Сублимационный источник кремния SUSI. Предназначен для выращивания Si слоев и допирования кремнием других материалов в процессе роста.


Фото Штырова Д.

Характеристики комплекса

Анализатор энергий электронов EA 125
• Радиус полусферы 125 мм
• Диапазон энергий 0-2000 эВ
• 5-канальный ВЭУ
• Разрешение – 0.02 эВ
• CPE и CRR моды

Электронная пушка EKF-300
• Максимальное ускоряющее напряжение 5 кВ
• Диаметр электронного пучка – 0.5 – 2 мм
• Максимальный ток пучка – 1 мкА
• Ручное позиционирование пятна

Сканирующая электронная пушка SEM-20
• Подогреваемый катод Шоттки
• Максимальное ускоряющее напряжение ‑ 25 кВ
• Минимальный диаметр электронного пучка < 10 нм
• Максимальный ток пучка ‑ 100 нА
• Максимальное увеличение ‑ 4.5 106

Двуханодный источник рентгеновского излучения DAR-400
• Двуханодный Mg/Al источник рентгеновского излучения (MgKa=1253,6 эВ, AlKa=1486,6 эВ)
• Максимальная мощность рентгеновского излучения 400 Вт
• Ток эмиссии 0-27 мА

Ионная пушка ISE-10 для очистки образцов и ионного травления
• Максимальное ускоряющее напряжение 5 кВ
• Диаметр электронного пучка
• Максимальный ток пучка
• Ручное позиционирование пятна (Ar+) (ионный ток 15 мкА).

Данные, полученные с использованием системы Multiprobe RM, используются для проведения лабораторных работ по курсу "Методы диагностики и анализа микро- и наносистем", читаемого для студентов магистратуры физического факультета.

Знакомство со СВВ Multiprobe RM во время проведения лабораторной работы (Фотохудожник Дмитрий Штыров ©)

Применения:
• Растровая электронная микроскопия (РЭМ) - для получения изображения используется детектор вторичных электронов (на основе вторичного электронного умножителя (ВЭУ) Channeltron)
• Растровая Оже-микроскопия (РОМ) - для получения изображения используется электронный энергоанализатор EA 125, настроенный на определенную энергию. Применяется для получения карты распределения элементного химического состава поверхности.
• Оже-микроанализ с размером возбуждающего электронного пучка до 20 нм (Оже-нанозонд). Выбор участка поверхности (точки) для записи Оже-спектра - по РЭМ или РОМ изображению
• В сочетании с использованием ионной пушки возможно послойное стравливание поверхностных слоев и получение трехмерного распределения химического состава в исследуемых структурах

      Подготовка образцов
Внешний/прямой нагрев для отжига образцов (770/1300°С).
Скалыватель кристаллов в вакууме – для исследования поперечных сколов.

Примеры использования

СТМ. Поверхность высокоориентированного пиролитического графита с нанесенными на нее методом импульсного лазерного осаждения наноостровками золота. СТС. Токовый контраст приповерхностной области кремниевой пленки с ионносинтезированными нанокластерами золота
СОМ. Карта распределения германия по поверхности кремниевой пленки с выращенными методом молекулярно-лучевой эпитаксии островками германия. СОМ. Карта распределения никеля по поверхности тестовой ромбической структуры, созданной методом фотолитографии. Найденное пространственное разрешение ‑ 35 нм.
РФЭС. Фотоэлектронные линии Si 2s и Si 2p с химическим сдвигом (SiO2) записанные при профилировании пленки SiOx подвергнутой имплантации ионами углерода. РФЭС. Профиль распределения концентрации кремния, гафния и кислорода в тонких пленках структур SiO2 / HfO2 / Si полученный методом РФЭС совместно с распылением ионами аргона.


Вернуться к списку