Измерительная головка
Имеет цилиндрическую форму и состоит из поддона, крышки и виброизолированной платформы. Схематичное изображение измерительной головки СЗМ НаноСкан с открытой крышкой представлено на Рис. 1. В поддоне находится выносная часть управляющей электроники. На виброизолированной платформе расположены: система позиционирования (пьезопривод), состоящая из XY и Z - сканеров, система визуализации образца и зонд, закрытые кожухом. Образец помещается внутрь головки непосредственно на опоры XY-сканера или (если не позволяют размеры) в специальный держатель. При этом зонд подводится к исследуемой поверхности снизу. Крышка служит для защиты образца, зонда и систем позиционирования и визуализации от механических, температурных, акустических и др. внешних воздействий.
 |
| Рисунок 1 - Измерительная головка СЗМ НаноСкан |
Назначение и характеристики устройств измерительной головки
Виброизоляция
Измерительная головка оснащена двухступенчатой системой подавления сейсмических помех. Коэффициент подавления промышленных вибрационных шумов ~10-7, что позволяет прибору работать в обычных лабораторных условиях без применения дополнительных мер виброзащиты.
Система позиционирования
Представляет собой пьезопривод и состоит из XY-сканера и Z-сканера. XY-сканер обеспечивает горизонтальное перемещение исследуемого объекта. Z-сканер выполняет функцию вертикального перемещения зонда. Пьезопривод может функционировать в двух режимах: пошагового движителя и микропозиционера.
В режиме пошагового движителя XY-сканер позволяет позиционировать объект исследования относительно зонда и при необходимости получать топологически связанные изображения протяженных объектов. Имеет следующие характеристики:
- Расстояние перемещения исследуемого объекта до 2 см
- Величина 1 шага от 10 мкм до 0.1 мкм (устанавливается пользователем).
Z-сканер в режиме пошагового движителя производит быстрый подвод и отвод зонда при смене исследуемого объекта на расстояние 2-5 мм
Режим микропозиционера (сканирования) применяется в процессе сканирования образца. В этом режиме XY-сканер имеет следующие характеристики:
- Максимальное окно сканирования 10х10 мкм
- Шаг до 0.2 нм
Отслеживание высоты рельефа в Z - направлении в режиме сканирования осуществляется консолью зонда, имеющей следующие параметры:
- Окно сканирования до 15 мкм
- Шаг 0.2 нм.
Конструкция зонда позволяет развивать усилие свыше 10 г при индентировании поверхности.
Система визуализации
Позволяет визуально контролировать относительное расположение зонда и исследуемого объекта. Состоит из миниатюрной видеокамеры, оптической системы и осветителей. Параметры видеосистемы:
- Окно: 2х3 мм
- Размер изображения: 300x400 телевизионных линий
- Глубина резкости: 1 мм
Зонд
Зонд СЗМ НаноСкан осуществляет непосредственный контроль контакта острия иглы с поверхностью исследуемого объекта при проведении измерений. Зонд представляет собой пьезокерамический биморфный камертон, закрепленный на металлическом держателе. Держатель вставляется в гнездо Z-сканера. Игла закрепляется на конце верхней консоли камертона.
|
|
|
|
Кантилевер с закрепленной алмазной иглой
|
FIB-изображение острия иглы
|
Резонансная частота используемых нами зондов F0 лежит в области 10 кГц, значение добротности Q0 = 50-100, рабочие амплитуды колебаний 1-100 нм. Амплитуда изгиба под воздействием сигнала регулятора около 5 мкм.
Высокая изгибная жесткость зонда (kc ~ 104 - 105 Н/м) позволяет производить индентирование. Благодаря конструкции зонда можно использовать алмазные инденторы различной формы, а также иглы из ультратвердого фуллерита C60, превышающего алмаз по твердости. Это позволяет измерять твердость сверхтвердых материалов, включая алмаз.
Условия эксплуатации
Максимальное энергопотребление прибора составляет 10 Вт, питание прибора осуществляется от блока питания управляющего компьютера через PCMCIA-разъем.
Прибор должен располагаться в помещении с нормальными условиями по температуре и влажности (T = 15-25° С, влажность 80%). Необходимо соблюдать стандартные условия эксплуатации управляющего компьютера.
Измерительная головка должна располагаться на горизонтальной массивной опоре (массивный стол), исключающей сильную вибрацию и толчки. Место расположения прибора должно находится вдали от источников сильных вибраций (мощных электромоторов, прессов и т.п.).
При работе прибора на стабильность и качество измерений отрицательно влияют следующие факторы:
- резкие изменения температуры;
- потоки воздуха (сквозняки);
- мощное электромагнитное излучение на частотах от 1 Гц до 50 кГц (обычное излучение электросети на измерения
практически не влияет).
При измерениях с закрытой крышкой измерительной головки влияние указанных факторов существенно снижается.
|
Русский
