ИНТЕГРА Нано ИК - ультрастабильный АСМ-ИК & СБОМ для микроскопии и спектроскопии

ИНТЕГРА Нано ИК

Ультрастабильный АСМ-ИК & СБОМ для микроскопии и спектроскопии

Основные преимущества:

  • ИК микроскопия и спектроскопия с 10 нм пространственным разрешением
  • Широкий спектральный диапазон измерений: 3-12 мкм
  • Низкий температурный дрейф и высокая стабильность системы
  • Универсальный АСМ с самыми современными методиками: SRI (проводимость), KPFM (поверхностный потенциал), SCM (емкость), MFM (магнитные свойства), PFM (пьезоэлектрические свойства)
  • HybriD ModeTM – картирование количественных наномеханических характеристик и физических свойств за счет прямых силовых измерений
  • Интеграция с микроРаманом (опционально)

НТ-МДТ Спектрум Инструментс представляет ИНТЕГРА Нано ИК – рассеивающий сканирующий ближнепольный оптический микроскоп (р-СБОМ), предназначенный для инфракрасного спектрального диапазона.

АСМ зонд располагается в фокусе оптической системы, направляющей излучение ИК лазера на образец и собирающей оптический отклик. Собранное излучение направляется в интерферометр Майкельсона для оптического анализа.

Дальнепольная компонента собранного сигнала подавляется синхронным детектированием. Система ИНТЕГРА Нано ИК позволяет детектировать амплитуду и фазу ближнепольного сигнала. Пространственное разрешение получаемых контрастов отражения и поглощения составляет примерно 10 нм и определяется только размерами острия зонда.

Принципиальная схема ИНТЕГРА Нано ИК

Применения

Сверхтонкие пленки: монослои олиготиофена на кремнии

Рельеф (слева), отражение при λ= 10.6 мкм (центр) и сечение сигнала отражения (справа).
Образец представлен Dr. A. Mourran (DWI, Aachen, Germany). Измерения проводились Dr. G. Andreev (EVS Co)

Контраст ИК отклика между тонкими и мягкими слоями тиофена на кремнии легко различим. Каждая из пяти 3.4 нм ступеней разрешима. Пространственное разрешение составляет ~ λ/1000.

Фазовый переход пленки VO2: переключение между проводящим и диэлектрическим состояниями


При нагреве пленка VO2 демонстрирует фазовый переход между диэлектрическим и проводящим состояниями. Одни и те же участки были измерены при разных температурах. Светлые участки на изображении ИК отражения соответствуют проводящим доменам, темные участки — диэлектрическим доменам. Выше критической температуры проводящие домены смыкаются и пленка VO2 становится проводящей на макроуровне.
Благодаря выполнению основных частей АСМ из титана система демонстрирует XY дрейф <1 мкм при нагреве от 27 оC до 67 оC, при этом перенастраивать оптику не требуется.

Отражение при 55 °C (слева) и при 67 °C (справа). λ= 10.6 мкм

Наложенные на рельеф изображения контрастов отражения
при 55 оС (слева) и при 67 оС (справа), λ= 10.6 мкм.
Образец представлен prof. Liu (Stony Brook University, New York, USA)

Si-SiO2 калибровочная решетка

Другим примером является решетка, в которой квадратные площадки SiO2 с латеральными размерами 1.5x1.5 мкм и высотой ~20 нм располагаются на Si подложке. Более темные квадратные блоки хорошо различимы на ИК изображениях. Этот контраст отражает разницу реальных компонент диэлектрической проницаемости этих материалов на длине волны 10.6 мкм. Более темный контраст SiO2 площадок на р-СБОМ карте согласуется с более низким значением их диэлектрической проницаемости (εr = 3.9) сравнительно с ее значением для Si (εr = 11.7).

Рельеф (слева) и р-СБОМ амплитуда (справа) решетки Si/SiO2

PS/PVAC пленка на проводящей ITO подложке

Изображение рельефа пленки полистирола с поливинилацетатом (PS/PVAC) на прозрачной подложке (ITO стекло) демонстрирует морфологию, где круглые домены различной высоты включены в относительно плоскую матрицу. Контраст в ИК отражении практически не отмечается на доменах и матрице, в то время как края доменов видны более отчетливо.

Однако на изображении ИК поглощения наблюдается высокий контраст круглых доменов, что позволяет соотнести их с PVAC (полимером, у которого существует линия ИК поглощения вблизи 10.6 мкм). Приведенные данные демонстрируют, что пространственное разрешение отображения ИК отражения и поглощения лежит далеко за дифракционным пределом ИК излучения.

Изображения рельефа (слева), контрастов ИК отражения (в центре) и поглощения (справа) пленки PS/PVAC на ITO подложке

Термопластичный вулканизат (ТПВ)

Термопластичный вулканизат является нанокомпозитом, изготовленным из смеси изотактического полипропилена и EPDM каучука, смешанных с частицами технического углерода. Такие образцы легко деградируют при рамановских исследованиях. АСМ-ИК измерения таких образцов не только возможны, но и весьма успешны.

Яркие нано-частицы в центральной части изображения рельефа соответствуют углеродному наполнителю. Это подтверждается изображением ИК отражения, где углеродные наночастицы обнаруживают яркий контраст сравнительно с полимерной матрицей.

Изображения рельефа (слева) и контраста ИК отражения (справа)
образца термопластичного вулканизата

Кремниевая микроструктура с p-областями

Схема образца

Рельеф

р-СБОМ Амплитуда

р-СБОМ Фаза

В этом примере представлены результаты р-СБОМ сканировании на длине волны 10.6 мкм Si микроструктуры, содержащей полученные имплантацией BF2 p-легированные области (p~1020 см-3). Сканирование проводилось по полированному сколу образца, представляющего собой склейку лицевых сторон содержащих p-области Si микроструктур.

р-СБОМ изображение ясно демонстрирует контраст между легированными и нелегированными областями в кремнии.

В большинстве случаев такой контраст обусловлен разницей в концентрациях свободных носителей в сильно и слабо легированных областях. Действительная часть (ε΄) диэлектрической проницаемости образца определяется главным образом значением εSi=11.7. На длинах волн CO2 лазера εSi является действительной, поскольку в диапазоне 1-200 мкм в нелегированном кремнии поглощение отсутствует, но в легированном Si свободные носители дают вклад в мнимую часть и, соответственно, в фазу комплексной величины εSi.

Запись вебинара "Nanoscale IR Microscopy and Spectroscopy"

Спецификация

Лазеры и система ввода излучения

  • Подключение по оптоволокну для переключения между лазерными источниками. Также возможно прямое подключение лазеров.
  • CO2 лазер: термоэлектрическое охлаждение, стабилизация, программный контроль длины волны CO2 в диапазоне 10.3‑10.8 мкм. Высокая стабильность мощности излучения: вариация мощности менее чем +/- 0.25% в течение 30 минут.
  • Перестраиваемые источники среднего ИК диапазона 4-11 мкм, свободные от перескоков мод: типичный диапазон перестройки источника до 60 см-1.
  • Аттенюаторы обеспечивающие уменьшение мощности лазерного излучения без смещения лазерного пучка. Уровни пропускания: 0.05, 0.12, 0.2, 0.25, 0.45

р-СБОМ система отображения и спектроскопии

  • Стандартный объектив с апертурой 0.35 NA. Широкополосный (3-12 мкм) ИК светодедитель оптимизированный для р-СБОМ
  • Перемещение зеркала опорного луча и юстировка плеча интерферометра по углу наклона осуществляется пьезоприводами с обратной связью, что обеспечивает удаленную оптимизацию интерферометра
  • Низкошумящий КРТ приемник с азотным охлаждением: <30 нВ/√Гц в полосе 100 кГц – 1 МГц
  • Модульная конструкция: все важные компоненты заменяемы, включая модуль прямого ввода излучения, детектор, светоделитель, коллимирующие и фокусирующие линзы
  • Контролируемые газовая среда и температура для высокой стабильности и возможности работы в ИК диапазоне, соответствующем полосам атмосферного поглощения
  • HeNe лазер для трекинга ИК луча и настройки оптической системы

АСМ

  • Высокоэффективный АСМ с низким уровнем шума: Z-шум<0.05 нм (СКО в полосе 10-1000 Гц)
  • 10 нм пространственное разрешение АСМ и р-СБОМ (s-SNOM)
  • Низкий уровень дрейфа системы позволяет минимизировать паразитный сдвиг фазы между зондом и зеркалом интерферометра
  • Стабильные АСМ характеристики при высоких температурах : нагрев до 150 0C при помощи стандартного нагревательного столика
  • XYZ сканер с емкостными датчиками перемещения. Диапазон 100 x 100 x 10 мкм
  • Подвод образцом. Различная высота образца не требует оптической подстройки после смены образца
  • Автослежение за фокусом: область под зондом всегда в фокусе благодаря системе обратной связи и Z сканеру образца
  • Поддерживаются все стандартные СЗМ методы (включая KPFM, SRI, PFM, SCM)
  • Нерезонансная методика HybriD™ для картирования наномеханических характеристик и физических свойств за счет прямых силовых измерений
  • Обзорный микроскоп с 1 мкм разрешением

Программное обеспечение

  • Автоматический поиск «горячей» точки («hot spot»): карта оптического поля позволяет за минуты находить максимум сигнала ИК отражения
  • Осциллограф: наблюдение в реальном времени действительной и мнимой компонент отражения или амплитуды и фазы поля
  • Настройка интерферометра: программная юстировка наклона зеркала опорного луча. Точность лучше чем 2 мкрад
  • Экспорт в формат сторонних программ (Excel, MatLab и т.д.)

Свяжитесь с нами

Заполните форму для запроса дополнительной информации

Узнать больше