Сканирование и исследование свойств поверхностей
с нанометровым пространственным разрешением

 
 
Награды Публикации Сотрудничество Клиенты Контакты

Содержание
Главная
Принципы
::>Конструкция
Функциональные
возможности
Области
применения
Галерея
 

ТИСНУМ


Технологический
Институт
Сверхтвердых и
Новых Углеродных
Материалов

 

 Русский || English 

КОНСТРУКЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НАНОСКАН

Общая структура системы

Измерительная система НаноСкан включает в себя следующие компоненты: управляющий компьютер, управляющая электроника, измерительная головка.

Управляющий компьютер

Это настольный компьютер или ноутбук с PCMCIA-разъемом c операционной системой Windows 2000 или XP, предназначенный для управления работой прибора и обработки результатов измерений. Минимальные аппаратные требования к компьютеру:

  • Процессор не менее 3 GHz
  • Материнская плата с поддержкой технологии HyperThreading.
  • Видеоплата с видеопроцессором и поддержкой OpenGL и 256 Мб памяти.
  • Оперативная память 1024 Мб .
  • Монитор, с минимальным разрешением 1280х1024.
  • Блок бесперебойного питания.

Управляющая электроника

Состоит из выносной платы электроники, вставляемой в PCMCIA-разъем компьютера и электроники, находящейся в измерительной головке.

Соединение плат, находящихся в управляющем компьютере и в измерительной головке осуществляется с помощью кабеля.

 
НаноСкан   Супер НаноСкан

Измерительная установка

Измерительная установка нанотвердомера Супер НаноСкан состоит из массивной станины, с установленными на ней измерительным модулем, системой позиционирования и оптической системой визуализации. Схематическое изображение измерительной установки Супер НаноСкан представлено на Рис.1. Все устройства измерительной установки крепятся к станине. Для исследования образец помещается на 2-х координатный микропозиционный столик. Измерительный модуль с зондом подводится к образцу сверху.

Рисунок 1 - Измерительная установка нанотвердомера Супер НаноСкан.

 

Назначение и характеристики устройств измерительной установки

Измерительный модуль

Измерительный модуль Супер НаноСкан предназначен для исследования механических свойств материалов. Состоит из: нанопозиционного столика (100х100 мкм), зонда, датчика перемещения/силы. Измерительный модуль подводится к образцу сверху.

Система позиционирования

Представляет собой систему позиционных столиков, обеспечивающих перемещение образца в плоскости XY и измерительного модуля по оси Z

Система позиционирования позволяет перемещать объект исследования относительно зонда и при необходимости получать топологически связанные изображения протяженных объектов. Имеет следующие характеристики:

  • Расстояние перемещения исследуемого объекта 100 х 100 мм;
  • Величина шага 0.1 мкм.

Система визуализации

Система позволяет предварительно перед сканированием визуально оценить состояние поверхности образца и выбрать необходимый участок для сканирования. Система состоит из:

  • видеомикроскопа Optem с ручной регулировкой увеличения и 5 мм диапазоном тонкой настройки;
  • цветной CCD камерой;
  • осветителей.

Параметры видеосистемы:
Числовая апертура 0.1, увеличение с 1/3" цветной CCD камерой и 19" монитором 85x - 1050x, горизонтальное поле зрения 4.50 - 0.37 мм.

Виброизоляционная система

Измерительную систему рекомендуется устанавливать на виброизоляционную платформу.
Пример: виброизоляционная платформа JRS Scientific Instruments, Германия.
Активное подавление 0.7 до 1000 Гц, пассивное подавление свыше 1000 Гц. Проницаемость: выше 10 Гц, проницаемость < 0.01 ( -40 дБ ). Системные шумы: менее чем 50 ng/0.1-200 Гц в любом направлении. Нагрузка макс. 150 кг. . Площадь стола: 400 ? 450 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.

вверх

© copyright 2006 ТИСНУМ