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").
 

 


View from the central window

 

 

View from the right window

 


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 


 

 

 

Powered by Free Joomla Templates & Joomla Hosting provided by AT&T Upgrades and Wireless Keyboards