СОЛВЕР Нано

Учебный сканирующий зондовый микроскоп для школьников, кадетов, студентов и курсантов

Несмотря на относительную новизну методов, атомно-силовые и другие зондовые микроскопы занимают сильную позицию основного аналитического инструмента для решения задач определения с высоким пространственным разрешением физико-химических свойств объектов. СОЛВЕР Нано – это сканирующий зондовый микроскоп, который сочетает в себе простоту, устойчивость к случайным поломкам, низкую стоимость эксплуатации, возможность использовать в образовательном процессе и профессиональный функционал атомно-силового микроскопа.

СОЛВЕР Нано может быть использован в различных научных и практических приложениях.

Приложения

Научные исследования

СОЛВЕР Нано – АСМ для научных исследований, научных проектов и исследовательской деятельности.

СОЛВЕР Нано – это разработка компании НТ-МДТ, которая получила награду R&D100, как лучшая разработка в области высокотехнологического оборудования для нанотехнологий. В конструкции СОЛВЕР Нано используются такие же комплектующие, как в топовых профессиональных системах (линии Солвер, линии Интегра): 100 мкм метрологический сканер с датчиками обратной связи (по всем координатам XYZ). В качестве датчиков выбраны низкошумящие емкостные сенсоры, которые превосходят по своим параметрам аналогичные пьезоэлектрические и оптические датчики перемещений. А для управления сканирования и обработки результатов используется профессиональный контроллер.

СОЛВЕР Нано, несмотря на свою компактность и простоту эксплуатации, поддерживает все базовые методики атомно-силовой микроскопии, поэтому он может быть использован для любых рутинных АСМ измерений и экспериментов в научных исследованиях. Для примера показаны результаты некоторых экспериментов в различных научных приложениях:

  • Исследование полимерных объектов
  • Исследование биологических объектов
  • Исследование углеродных наноматериалов

Эксперименты были проведены на конфигурации СОЛВЕР Нано для научных исследований:

  • Сканирующая головка для работы с кремниевыми зондами;
  • Метрологический пьезокерамический сканер 100х100х12 мкм с системой обратной связи на емкостных сенсорах;
  • Цифровой контроллер обратной связи для работы с расширенным набором методик;
  • Активная виброизоляция;
  • Звукоизолирующий шкаф;
  • Профессиональное программное обеспечение для обработки изображений;
  • Внешняя оптическая система высокого разрешения 2 мкм.

Образец: Мембрана нитроцеллюлозы.

Амплитудно-модуляционнный (полуконтактный) метод.
Зонд NSC_05/20° типа «вискер» с константой жесткости 13 Н/м и резонансная частота 210 КГц.

Параметры сканирования: 4.0x4.0 мкм площадь сканирования, количество точек 512x512, скорость сканирования 1 Гц.

Рельеф

Рельеф с маркером

Профиль сечения


Образец: Мембрана микропористого полипропилена (Celgard),

Амплитудно-модуляционнный (полуконтактный) метод.
Зонд NSC_05/20° типа «вискер» с константой жесткости 13 Н/м и резонансная частота 210 КГц.

Параметры сканирования: 20.0x20.0 мкм и 5.0х5.0 мкм площадь сканирования, количество точек 512x512, скорость сканирования 3 Гц.

Рельеф

Фаза

Рельеф с маркером

Профиль сечения

Параметры сканирования:: 2.5x2.5 мкм площадь сканирования, количество точек 512x512 шт., скорость сканирования 3 Гц.

Рельеф

Фаза

Рельеф с маркером

Профиль сечения


Образец: Композитный материал Полистирол-Полибутадиен (PS/PBD)).

Амплитудно-модуляционнный (полуконтактный) метод.
Зонд NSC_05/20° типа «вискер» с константой жесткости 12 Н/м и резонансная частота 201 КГц.

Параметры сканирования: 20.0x20.0 мкм и 5.0х5.0 мкм площадь сканирования, количество точек 512x512, скорость сканирования 2.5 Гц.

Рельеф (20x20 мкм)

Фаза

Рельеф (5x5 мкм)

Фаза


Образец: Длинная ДНК

Все представленные данные были получена на СОЛВЕР Нано без использования специального программного обеспечения по обработке данных.
Амплитудно-модуляционнный (полуконтактный) метод.
Зонд NSG03 типа с константой жесткости 2 Н/м и резонансная частота 80 КГц.
Во время сканирования одновременно записывались изображение рельефа, фаза и амплитуда колебаний зонда (сигнал рассогласования обратной связи).

Параметры сканирования: 2.0x2.0 мкм площадь сканирования, количество точек 512x512, скорость сканирования 0.8 Гц.

Рельеф

Фаза

Амплитуда

Рельеф с маркером

Профиль сечения рельефа

Рельеф с маркером

Профиль сечения рельефа


Образец: Короткая ДНК на слюде

Амплитудно-модуляционнный (полуконтактный) метод.
Зонд NSG03 типа с константой жесткости 2 Н/м и резонансной частотой 80 КГц.
Во время сканирования одновременно записывались изображение рельефа и фаза колебаний зонда.

Параметры сканирования: 1.5x1.5 мкм площадь сканирования, количество точек 512x512, скорость сканирования 0.7 Гц.

Рельеф

Фаза

Рельеф с маркером

Профиль сечения рельефа


Образец: Кольцевая ДНК на слюде

Амплитудно-модуляционнный (полуконтактный) метод.
Зонд NSG03 типа с константой жесткости 2 Н/м и резонансной частотой 80 КГц.
Во время сканирования одновременно записывались изображение рельефа, фаза и амплитуда колебаний зонда (сигнал рассогласования обратной связи).

Параметры сканирования: 0.9x0.9 мкм площадь сканирования, количество точек 512x512, скорость сканирования 0.5 Гц.

Рельеф

Фаза

Амплитуда

Рельеф с маркером

Профиль сечения рельефа


Образец: Графен на кремниевой подложке

Амплитудно-модуляционнный (полуконтактный) метод.
Зонд NSG03 типа с константой жесткости 2 Н/м и резонансной частотой 90 КГц.
Одновременно записывался сигнал рельефа, фазы и распределение электрического потенциала.

Параметры сканирования: 5.0x5.0 мкм площадь сканирования, количество точек 512x512, скорость сканирования 1.1 Гц.

Рельеф

Рельеф с маркером

Профиль сечения рельефа

Поверхностный потенциал


Метрологический контроль

СОЛВЕР Нано для метрологического контроля:

СОЛВЕР Нано может быть эффективно использован для решения задач в образовании, для рутинных научных исследований, а так же, может быть задействован в решении задач связанных с метрологической аттестацией изделий, линейные размеры функциональных элементов которых находятся в диапазоне 1-10 000 нм. СОЛВЕР Нано входит в реестр, является средством измерений и поверен с использованием аттестованной меры нанометрового диапазона.

Технические характеристики СОЛВЕР Нано для метрологии:

  • Пьезокерамический сканер большой площади сканирования– 100x100 мкм.
  • Линейность сканера по XYZ - < 0.1%
  • Низкий уровень шума XY сенсора – < 0.3 нм во включенной системе обратной связи, < 0.05 нм в выключенной системе обратной связи
  • Низкий уровень шума Z сенсора – < 0.04 нм во включенной системе обратной связи, < 0.01 нм в выключенной системе обратной связи
  • Тип сенсоров – низкошумящие датчики емкостные.
  • Профессиональные протоколы автоматического формирования.

Образец: Аттестованная мера нанометрового диапазона TDG, период 278 нм.

Сигнал: Рельеф.
Параметры сканирования: площадь сканирования 10.0x10.0 мкм, число точек 512x512, скорость сканирования 2 Гц.

Рельеф

FFT Power spectrum with cross section line

Texture direction, Std 33.750 deg
Texture direction index, Stdi 0.295
Radial Wavelength, Srw 4.998 um
Radial Wavelength Index, Srwi 0.0494
Wavelength 0.277 um
Frequency 3.606 1/um
Function Value 9.806 nm^2
X 2.000 1/um
Y -3.000 1/um
Angle -56.309 deg.

Метрологический протокол

Аттестованная мера нанометрового диапазона TDG используется для калибровки зондовых микроскопов и других измерительных систем малых линейных размеров (до 1000 нм). На изображении рельефа представлено изображение периодической решетки с периодом 278 нм, и высотой ступеньки около 40 нм, сформированной методами лазерного воздействия на поверхность. Так же, на изображении АСМ заметны несколько точечных объектов с размерами порядка 70 нм, это дефекты, которые возникли в процессе производства меры нанометрового диапазона.

Программное обеспечение сканирующего зондового микроскопа СОЛВЕР Нано позволяет провести быстрое преобразование Фурье и перевести 3D изображения рельефа в 3D изображение в обратном пространстве. Где интенсивность и положение пиков на темном поле соответствует количеству линий и размерности периодической структуры, а так же ее наклону в системе координат сканера. Быстрое преобразование Фурье используется как основное преобразование для определения статистических параметров изображений периодических структур.


Образец: Аттестованная мера нанометрового диапазона TGG, период 3 мкм.

Сигнал: Рельеф.
Параметры сканирования: площадь сканирования 60.0x60.0 мкм, число точек 512x512, скорость сканирования 1 Гц.

Рельеф (3D)

Рельеф (2D)

FFT Power spectrum with cross section line

Texture direction, Std -89.030 deg
Texture direction index, Stdi 0.0515
Rad. Wavelength, Srw 2.999 um
Rad. Wavelength Index, Srwi 0.0143
Wavelength 2.999 um
Frequency 0.333 1/um
Function Value 0.0537 nm^2
X 0.333 1/um
Y -0.000000000000000256 1/um
Angle 0.070 deg.

Метрологический протокол

Аттестованная мера нанометрового диапазона TGG, используется для калибровки зондовых микроскопов и других измерительных систем с линейными размерами (до 100 мкм). На изображении рельефа представлено изображение периодической решетки с периодом 3000 нм, сформированной методами анизотропного травления кремния. Профиль рельефа одного элемента периодической структуры имеет форму равнобедренного треугольника. И используется для определения ортогональности XYZ сканера визуализации рельефа.

Программное обеспечение сканирующего зондового микроскопа СОЛВЕР Нано позволяет провести быстрое преобразование Фурье и перевести 3D изображения рельефа в 3D изображение в обратном пространстве. Где интенсивность и положение пиков на темном поле соответствует количеству линий и размерности периодической структуры, а так же ее наклону в системе координат сканера. Результаты преобразования полученного рельефа меры нанометрового диапазона TGG показывают два пика, равноудаленных от центра (осе- симметричное изображение). Расстояние от начала системы координат до пика соответствует периоду дифракционной решетки. Преобразование Фурье используется при тестировании сканирующего зондового микроскопа на аттестованных мерах, как источник статистических данных по периодическим объектам.


Образец: Аттестованая мера нанометрового диапазона TGZ2, период 3 мкм, высота ступеньки 94 нм.

Сигнал: Рельеф.
Параметры сканирования: площадь сканирования 60.0x60.0 мкм, число точек 512x512, скорость сканирования 2 Гц.

Образец: Аттестованая мера нанометрового диапазона TGQ, период 3 мкм, высота ступеньки 19 нм.

Сигнал: Рельеф.
Параметры сканирования: площадь сканирования 60.0x60.0 мкм, число точек 512x512, скорость сканирования 3 Гц.

Рельеф


Гистограмма распределения высоты рельефа

FFT Power spectrum with cross section line

Texture direction, Std 88.945 deg
Texture direction index, Stdi 0.0421
Rad. Wavelength, Srw 2.999 um
Rad. Wavelength Index, Srwi 0.0167
Wavelength 2.999 um
Frequency 0.333 1/um
Function Value 557.454 nm^2
X 0.333 1/um
Y -0.000000000000000256 1/um
Angle 0.000 deg.

Метрологический протокол

Рельеф (3D)

Рельеф (2D)

Гистограмма распределениявысоты рельефа

FFT Power spectrum with hor. cross section line

Texture direction, Std -89.296 deg
Texture direction index, Stdi 0.150
Rad. Wavelength, Srw 2.999 um
Rad. Wavelength Index, Srwi 0.0571
Wavelength 2.999 um
Frequency 0.333 1/um
Function Value 5.926 nm^2
X 0.333 1/um
Y -0.000000000000000256 1/um
Angle 0.000 deg.

Метрологический протокол

FFT Power spectrum with vert. cross section line

Texture direction, Std -89.296 deg
Texture direction index, Stdi 0.150
Rad. Wavelength, Srw 2.999 um
Rad. Wavelength Index, Srwi 0.0571
Wavelength 2.999 um
Frequency 0.333 1/um
Function Value 2.450 nm^2
X -0.000000000000000256 1/um
Y 0.333 1/um
Angle 90.000 deg.

Метрологический протокол

Технические характеристики

Методики Атомной силовой микроскопии

Контактная АСМ
Метод постоянной высоты
Метод постоянной силы
Контактный метод рассогласования
Метод латеральных сил
Отображение сопротивления растекания
Метод модуляции силы
Силовая микроскопия пьезоэлектрического отклика

Амплитудно-модуляционная АСМ
«Полуконтактный» метод
Метод отображения фазы
«Полуконтактный» метод рассогласования
Бесконтактный метод

Электростатическая АСМ
Контактная ЭСМ
ЭСМ
Сканирующая емкостная микроскопия
Кельвин зондовая микроскопия

Магнитная АСМ
Статическая МСМ
Динамическая МСМ
Диссипативная силовая микроскопия

АСМ спектроскопия
Силовая спектроскопия
Отображение адгезионных сил
Амплитудная спектроскопия
Фазовая спектроскопия
Частотная спектроскопия
Резонансная спектроскопия

СТМ методики
Метод постоянного тока
Метод постоянной высоты
Отображение работы выхода
Отображение плотности состояний
I(z) Спектроскопия
I(V) Спектроскопия

Литография
АСМ анодно-окислительная литография
СТМ литография
АСМ литография - гравировка
АСМ литография - чеканка

Методики HybriD

Технические характеристики:

Сканер   100 x 100 x 12 мкм с датчиками обратной связи, 3x3x3 мкм без датчиков обратной связи
АСМ разрешение   0.01 нм
Контролируемые условия   Измерения на воздухе и в жидкости
Комбинированные оптические системы   Встроенная 100-кратная оптическая USB система.
Внешняя 500x оптическая система
Конструкция   Настольный микроскоп, дружественный интерфейс и защита от случайных поломок

Сканер
Поле сканирования   Режим высокого напряжения: 100x100x12 мкм
Режим низкого напряжения: 3x3x3 мкм
Тип сканера   Метрологический пьезокерамический XYZ сканер с сенсорами обратной связи
Тип сенсоров   XYZ – сверхбыстрые емкостные датчики
Шум сенсоров   Низкошумящие XY сенсоры: < 0.3 нм
Низкошумящие Z сенсоры: < 0.03 нм
Линейность сенсоров   Метрологические XY сенсоры: < 0.1%
Метрологические Z сенсоры: < 0.1%
Общие параметры сканера   100x100x12 мкм с сенсорами. Разрешение: XY -0.3 нм,
Z – 0.03 нм. Линейность: XY - < 0.1%, Z - < 0.1%.
3x3x3 мкм без сенсоров. Разрешение: XY -0.05 нм,
Z – 0.01 нм

Образец
Диапазон позиционирования   12 мм
Разрешение позиционирования   1.5 мкм
Размер образца   до 1,5” X 1,5” X 1/2”,   35x35x12 мм
Вес образца   до 100 г
Тип системы подвода   Z – шаговый двигатель
Размер шага двигателя   230 нм
Скорость подвода   10 мм в мин
Алгоритм интеллектуального подвода   Встроенно в ПО (гарантированно зонд не касается
поверхности при подводе)

Сканирующие головки
АСМ головка для Si зондов   Доступна в спецификации . Все коммерческие зонды могут быть использованы
Тип детектирования   Лазер-фотодиод
Держатель зонда   Держатель для измерений на воздухе и держатель для измерений в жидкости.
Тип установки головки   Кинематическая установка. Точность установки 150 нм (снять/поставить)
СТМ АСМ головки для проволочных зондов   Доступна в спецификации.Вольфрамовые зонды для АСМ измерений (низкая стоимость экспериментов).
Pt|Ir проволока для СТМ
Тип детектирования   Пьезо для АСМ экспериментов
Держатели зондов   Для работы на воздухе и для работы в жидкости

Контроллеры

Цифровой профессиональный контроллер
Количество изображений снимаемых за один раз   до 16 шт
Число точек в изображении   До 8Kx8K
АЦП   500 КГц 16-бит АЦП
12 каналов (5 каналов с программно управляемым коэффициентом усилителей 1,10,100,1000)
Индивидуальный фильтр на каждом канале
Цифровой процессор   С плавающей точкой 320 МГц DSP
Цифровая обратная связь   Да 6 Каналов
ЦАП:   4 композитных ЦАПа (3x16 бит) для X,Y,Z, Сигнала смещения на образце
2 16-бит ЦАП для пользовательских сигналов
Контроль напряжения на XYZ сканере   Выход высокого напряжения: X, -X, Y, -Y, Z, -Z на -150 В +150 В
Выход низкого напряжения XY ± 10 В
XY С.КВ шум  в полосе 1000 Гц   0.3 мд С.КВ
Z С.КВ шум в полосе 1000 Гц   0.3 мд С.КВ
     
XY полоса пропускания   4 КГц (Режим низкого напряжения – 10 КГц)
Z полоса пропускания   9 КГц
Максимальный ток на  XY усилителях   1.5 мА
Максимальный ток на Z усилителях   8 мА
Интеграционная демодуляция на X,Y,Z емкостные сенсоры   Да
Мода открытой/ закрытой обратной связи на X,Y датчиках   Да
Диапазон настроек резонансных частот   5 МГц
Полоса пропускания системы детектирования   170 Гц-5 МГц
Полоса пропускания системы детектирования в режиме латеральных сил   170 Гц -5 МГц
Полоса пропускания системы детектирования двух дополнительных каналов   170 Гц -5 МГц
Напряжение смещения   ± 10 В в полосе пропускания 0 – 5 МГц
Модуляционные сигналы   На зонд (внешний выход);
На сигнал высокого напряжения X,Y, Z каналов (включая режим низкого напряжения);
Напряжение смещения;
Генерации для модуляции, доступные пользователям   2 шт,  0-5 МГц, 0.1 Гц разрешение
Контроллер шаговых двигателей   Два 16-бит  ЦАП, 20 В диапазон, максимальный ток 130 мA
Дополнительные цифровые входы/выходы   6
Дополнительные цифровые выходы   1
I2C шина   Да
    Макроязык
Максимальная длина кабеля   2 м
Компьютерный  интерфейс   USB 2.0
Напряжение питания   110/220 В
Потребление питания   ≤ 110 Вт

Интерфейс оператора

  • Графическая оболочка конфигурируется под операторов индивидуально
  • Графическая оболочка двух видов, упрощенная и для продвинутых пользователей
  • Система конфигурирования аппаратной части
  • Быстрый доступ ко всем сигналам
  • Быстрый доступ для скриптов
  • Автоматическая настройка по одному клику любых доступных АСМ методик
  • Интерактивная система помощи

Система наведения лазера

  • Простая и удобная система для прицеливания на зонд

Резонанс

  • Автоматический поиск для стандартных зондов
  • Автоматическая подстройка резонанса и сигнала фазы

Подвод

  • Автоматический рутинный подвод к поверхности
  • Автоматический интеллектуальный подвод к поверхности (гарантированно без контакта иглы и образца)
  • Ручное управление шаговыми двигателями
  • Осциллограф сигналов в реальном времени

Сканирование

  • до 8 сигналов одновременно в одном сканировании
  • до 8K точек
  • Автоматическая установка параметров сканирования по одному клику
  • Удобный ручной выбор поля сканирования, в том числе по видео сигналу
  • Многопроходные методики
  • Циклическое сканирование
  • Временная пауза сканирования
  • Режим предварительного сканирования
  • Режим расширенного поля сканирования
  • Сканирование под углом
  • Режим сканирования неквадратных площадей
  • Онлайн 3D
  • Быстрый доступ к основным параметрам сканирования через «панель параметров»
  • Быстрый доступ ко всем операциям по настройке сканирования через «панель быстрого доступа»
  • Установка индивидуальных параметров
  • Опция адаптивного сканирования
  • Опция линии профиля
  • Включение в полноэкранный режим

Силовые кривые

  • Все стандартные методики
  • Сигналы, которые можно использовать дополнительно: Height, BV, Frequency, SetPoint
  • до 3 каналов одновременной записи
  • Ограничители по каналам
  • Независимая настройка для разрешения времени в одной точке и времени на перемещение в другую точку
  • Точка/Многоточие/Линия/Сетка – методы съема данных

Литография

  • Векторная/Растровая
  • Постоянная/ Прямоугольный сигнал/Градиентная
  • Силовая/Подача напряжения/Токовая
  • Удобная встроенная графическая система для векторной литографии
  • Поддержка всех графических стандартов для растровой литографии
  • Прозрачное наложение данных: Область сканирования / Литографическая маска

Вспомогательные элементы

  • Осциллограф
    • контроль сигналов в реальном времени
    • среднее и среднеквадратичное усреднение
    • до 4 сигналов одновременно в одном окне
    • Многооконный вид
    • 4 различные модели точек
    • Пользовательские маркеры для измерений
    • Сохранение и экспортирование данных
    • Система триггеров для синхронизации с внешними и другими процессами
  • Блок схема
    • Графическое представление функциональных модулей контроллера
    • Доступ к коммутации всех сигналов
    • Доступ к контролю всех параметров
  • Автоматическая настройка и контроль системы обратной связи
  • Окно цифровой камеры с привязкой к системе координат сканера
  • Скрипты и автоматизация
    • Nova PowerScirpt язык для пользовательской автоматизации
    • Поддержка внешних библиотек dll
    • LabView поддержка
    • Script Panel для быстрого доступа к часто используемым скриптам
    • Автоматизированы все процессы предварительной настройки

Программа обработки изображений

  • 1D/2D/3D Вид/4D для спектроскопии
  • Настройка графической панели
  • 3D освещение слаженный рельеф/3D Построчный рельеф
  • Режим полета над поверхностью
  • Квадратичное сглаживание пикселей
  • Набор палитр, идентичных разным производителям
  • Редактор палитр
  • Быстрый скриншот
  • Мода выгрузки для использования в презентациях

Управление данными

  • Импортирование из других графических форматов и ASCII
  • Экспортирование:
    • В основные графические форматы
    • ASCII
    • Matlab

Вспомогательные опции

  • Одиночный/двойной маркеры для 1D изображений
  • Точка/Линия/Угол
  • Увеличение / Уменьшение

Обработка изображений

  • Обрезать по границам
  • Интерполяция
  • Локальная нормировка
  • Фильтры сглаживания
  • Фурье преобразование и фильтрация
  • наклон/поворот
  • перекалибровка шкалы
  • Вырезать выбросы
  • Удаление царапин/точек/линий
  • Деконволюция изображений
  • Выравнивание плоскости
    • Выравнивание по линия 0-10 порядков
    • Выравнивание по поверхности 0-3 порядков

Анализ данных

  • Калибровка сканера
  • Корреляционный анализ
  • Зерна/Поры анализ
  • Фрактальный анализ
  • Вычисления по данным
  • Фурье анализ
  • Анализ шероховатости
    • ISO 4287
    • GOST 25142
    • ASME B46.1
  • Относительный анализ
  • Секционный анализ

Скачать

Учебное пособие для студентов старших курсов ВУЗов

Аксессуары

СТМ головка

СТМ измерительная головка для проволочных зондов. Основные методики: СТМ, спектроскопии, токовая литография.

Держатель СТМ зондов

Держатель АСМ зондов используется с универсальной АСМ/СТМ головкй (Учебный набор).

Устройство заточки проволочных зондов

Специальное устройство заточки (травления) для изготовления АСМ/СТМ зондов из вольфрамовой проволоки (Учебный набор).

Свяжитесь с нами

Заполните форму для запроса дополнительной информации

Узнать больше