Низкотемпературный сверхвысоковакуумный сканирующий туннельный микроскоп GPI CRYO
Назначение
Прибор предназначен для прецизионного (на атомном уровне) изучения процессов, происходящих на поверхности металлов и полупроводников, в диапазоне температур 5-300 К и условиях сверхвысокого или экстремально высокого вакуума. Прибор позволяет проводить запись топограмм с атомным разрешением, электронных спектров чистой поверхности, единичных объектов (атомов, молекул, кластеров) и адсорбированных слоев, а также запись колебательных спектров единичных молекул в режиме неупругого туннелирования электронов. Прибор может быть интегрирован в любую аналитическую или технологическую установку.
Отличительные особенности
| – Возможность ввода газовых, молекулярных или световых пучков на образец непосредственно в зону туннельного контакта в процессе сканирования. – Высокая стабильность. Дрейф иглы относительно образца составляет 0.03 нм в час при 5 К и не превышает 0.5 нм в час при 77 К по всем трем координатам. – Низкий уровень шумов управляющей электроники и высокая виброзащищенность. Амплитуда отклонений от заданного расстояния игла-образец не превышает 2 пм. – Позиционирование иглы по всем трем координатам X,Y,Z в диапазоне 6×6×3 мм. – Работа при температуре 5 К на одной заливке жидкого гелия – не менее 60 часов, при температуре 77 К на одной заливке жидкого азота – не менее 300 часов. Охлаждение радиационных экранов криостата производится парами хладоагента, что позволяет отказаться от дополнительного азотного криостата ("азотной рубашки"). |
|
|
|
Технические характеристики
| Диапазон рабочих температур | 5 ÷ 300 К | |
| Стандартные опции | топография, спектроскопия | |
| Максимальная область сканирования (X,Y,Z) | Т = 5 К - 2.2х2.2х0.56 мкм | |
| Т = 300 К - 8.0х8.0х2.0 мкм | ||
| Минимальный шаг при сканировании (X,Y,Z) | 0,001 нм | |
| Область позиционирования (X,Y,Z) | 6х6х3 мм | |
| Точность измерения межатомных расстояний | 0.1 нм | |
| Пространственное разрешение | атомное разрешение на металлах | |
| Туннельная спектроскопия, чувствительность | 0.1 нА/В | |
| Механизм подвода и позиционирования | пьезо-инерционный | |
| Диапазон туннельного тока | 10 пА - 50.0 нА | |
| Резонансная частота сканера | 7 кГц | |
| Тип обратной связи | цифровая, ADSP 2181 | |
| Размер образца (X,Y,Z) | 10x10x2 мм | |
| Базовое давление в вакуумной камере | 2x10-11 Торр | |
| Криостат | 2.9 л, без азотной рубашки | |
| Длительность работы при 5 К на одной заливке гелия | 64 часа | |
| Расход гелия | < 50 мл/час | |
| Максимальная температура прогрева при отжиге вакуумной камеры | 160 С |
Конструкция вакуумного модуля
Основу вакуумного модуля составляет безазотный гелиевый криостат с объемом бачка 2.9 л, под которым располагается сканирующая головка СТМ. Вся конструкция вертикально крепится на фланце CF200 и несет на себе три радиационных экрана, выполненных из меди и покрытых тонким слоем золота. Внутренний экран имеет вращающуюся шторку с отверстиями и механически плотно крепится к гелиевому бачку, промежуточный и внешний экраны также механически плотно крепятся к соответствующим криообменникам, охлаждаемых гелием, испаряющимся из бачка (в качестве хладоагента также может служить LN2). На дне внутреннего бачка находятся самарий-кобальтовые магниты для обеспечения демпфирования сканирующей головки СТМ, которая крепится на четырех пружинах с резонансной частотой 2.5 Гц. Арретир сканирующей головки, вводы управляющих и измерительных проводов находятся на верхнем фланце. Установка (съем) образцов и игл на сканер, открывание, закрывание дверок всех трех экранах производится 5-степенным манипулятором типа "механическая рука".
Сканирующая головка
Представляет собой конструкцию из одиннадцати пьезотрубок и позволяет осуществлять сканирование (сдвоенная центральная вертикально расположенная трубка, на которой крепится держатель иглы), позиционирование образца по горизонтали (три вертикальных трубки, расположенных на ползуне), позиционирование образца по вертикали (движение ползуна с образцом на основе трех пар горизонтальных пьезотрубок, расположенных по окружности через 120°). Держатель образца (как правило, в стандарте Omicron) крепится в конструкции с нагревателем и измерителем температуры (этажерка), которая может устанавливаться как на сканирующую головку, так и на специальное место для предохлаждения. Арретирование головки проводится путем подъема и прижатия к неподвижным частям несущей конструкции. Существует принципиальная возможность инвертирования положения иглы и образца.
Результаты тестов и измерений
|
|
