Mikroskop tunelowy STM firmy Omicron NanoTechnology GmbH
Systemy UHV Scienta Omicron to kompletna aparatura badawcza do fizyki powierzchni, nanotechnologii i badań materiałowych prowadzonych w warunkach ultrawysokiej próżni. Rozwiązania obejmują mikroskopię STM/AFM, spektroskopię elektronów XPS, UPS i ARPES, dyfrakcję LEED/RHEED, systemy MBE oraz zintegrowane platformy do wzrostu i analizy materiałów in situ.
Ultrawysoka próżnia UHV wymaga nie tylko odpowiednio dobranych pomp, ale również bardzo niskiego odgazowania materiałów, metalowych uszczelnień, odpowiednio przygotowanych powierzchni, wysokiej szczelności oraz kontroli gazów resztkowych. W systemach badawczych wszystkie te elementy tworzą jeden zintegrowany układ.
APVACUUM dostarcza i integruje systemy Scienta Omicron do badań powierzchni i materiałów, obejmujące komory UHV, aparaturę analityczną, systemy przygotowania i transferu próbek, źródła cząstek i promieniowania oraz wyposażenie próżniowe i sterowanie.
Systemy UHV do badań powierzchni i nanotechnologii
System UHV jest kompletnym stanowiskiem badawczym przeznaczonym do pracy przy bardzo niskich ciśnieniach, w których oddziaływanie gazu resztkowego z powierzchnią próbki musi być ograniczone do minimum. Ma to szczególne znaczenie w badaniach struktury, składu chemicznego i właściwości elektronowych powierzchni oraz podczas wytwarzania cienkich warstw i struktur epitaksjalnych.
Osiągnięcie stabilnej ultrawysokiej próżni zależy od całej architektury układu: materiału i przygotowania komory, sposobu uszczelnienia, geometrii przewodów, szybkości pompowania, przewodności instalacji, odgazowania powierzchni, możliwości wygrzewania oraz kontroli szczelności. Nawet bardzo wydajna pompa nie zapewni UHV, jeśli pozostałe elementy systemu generują zbyt duże obciążenie gazowe.
Systemy Scienta Omicron są projektowane jako samodzielne stanowiska badawcze lub jako wielomodułowe platformy łączące przygotowanie, wzrost i analizę próbek bez kontaktu z atmosferą.
Scienta Omicron – aparatura do badań w UHV
Scienta Omicron specjalizuje się w aparaturze do fizyki powierzchni, nanotechnologii i zaawansowanych badań materiałowych. Aktualne portfolio obejmuje systemy spektroskopii elektronów, mikroskopii sond skanujących, nanoszenia cienkich warstw oraz rozbudowane platformy umożliwiające integrację wielu technik w jednym środowisku UHV.
| Obszar | Techniki | Zastosowanie |
|---|---|---|
| Mikroskopia SPM | STM, AFM i techniki pokrewne | Badanie topografii, struktury elektronowej i właściwości powierzchni z rozdzielczością nanometrową i atomową. |
| Spektroskopia elektronów | XPS, UPS, ARPES, HAXPES, AES | Analiza składu chemicznego, stanów elektronowych i struktury pasmowej powierzchni oraz cienkich warstw. |
| Dyfrakcja elektronów | LEED, RHEED | Analiza struktury krystalograficznej powierzchni oraz kontrola procesów wzrostu cienkich warstw. |
| Nanoszenie cienkich warstw | MBE, PVD i źródła depozycyjne | Wzrost warstw epitaksjalnych, metali, tlenków i innych materiałów w kontrolowanych warunkach UHV. |
| Platformy wielotechnikowe | MIP – Materials Innovation Platform | Integracja wzrostu, przygotowania i charakteryzacji próbek bez wyprowadzania ich z warunków UHV. |
Mikroskopia STM i AFM w ultrawysokiej próżni
Systemy Scanning Probe Microscopy umożliwiają prowadzenie badań powierzchni z bardzo wysoką rozdzielczością. W zależności od konfiguracji mogą wykorzystywać mikroskopię tunelową STM, mikroskopię sił atomowych AFM oraz techniki pokrewne.
Praca w warunkach UHV ogranicza adsorpcję zanieczyszczeń z fazy gazowej i pozwala badać czyste, odpowiednio przygotowane powierzchnie. System może być rozbudowany o moduły przygotowania próbki, dozowanie gazów, źródła jonowe, ogrzewanie i chłodzenie oraz dodatkowe techniki analityczne.
Spektroskopia XPS, UPS i ARPES
Spektroskopia elektronów umożliwia analizę składu chemicznego i struktury elektronowej powierzchni. Systemy Scienta Omicron mogą integrować analizatory elektronów z monochromatycznymi źródłami promieniowania rentgenowskiego, źródłami UV, działami jonowymi oraz układami przygotowania i manipulacji próbek.
Techniki XPS i UPS są wykorzystywane do analizy składu chemicznego, stanów utlenienia i struktury pasmowej, natomiast ARPES umożliwia badanie zależności energii elektronów od wektora falowego i jest stosowana w zaawansowanych badaniach nowych materiałów, półprzewodników i układów kwantowych.
Systemy MBE i nanoszenie cienkich warstw
Systemy MBE umożliwiają wzrost wysokoczystych warstw epitaksjalnych w warunkach ultrawysokiej próżni. Komory wzrostowe mogą być wyposażone w komórki efuzyjne, naparowarki elektronowe, źródła specjalne, manipulatory próbek oraz układy RHEED do obserwacji procesu wzrostu.
Aktualne rozwiązania Scienta Omicron obejmują zarówno kompaktowe systemy badawcze, jak i konfigurowalne platformy przeznaczone do rozwoju nowych materiałów. Systemy wzrostowe mogą być połączone bezpośrednio z komorami analitycznymi, dzięki czemu próbka może być badana bez kontaktu z atmosferą.
Materials Innovation Platform – zintegrowane systemy UHV
Materials Innovation Platform łączy w jednej infrastrukturze przygotowanie próbek, wzrost materiałów oraz ich analizę. Transfer pomiędzy poszczególnymi modułami odbywa się w warunkach UHV, dzięki czemu powierzchnia próbki nie jest narażona na kontakt z powietrzem pomiędzy kolejnymi etapami eksperymentu.
Do platformy mogą być integrowane m.in. systemy MBE, XPS, ARPES, SPM, techniki dyfrakcyjne oraz dodatkowe moduły technologiczne. Układ może mieć architekturę liniową lub radialną i być rozbudowywany wraz ze zmianą potrzeb laboratorium.
Budowa systemu UHV
Kompletny system ultrawysokiej próżni obejmuje nie tylko komorę i aparaturę badawczą. Dla stabilnej pracy konieczne jest odpowiednie zaprojektowanie całego toru próżniowego oraz dobór elementów o niskim odgazowaniu i wysokiej szczelności.
| Element systemu | Znaczenie w UHV |
|---|---|
| Komora próżniowa | Materiały o niskim odgazowaniu, odpowiednia obróbka powierzchni, konstrukcja ograniczająca objętości uwięzione i możliwość wygrzewania. |
| Układ pompowy | Pompy wysokiej i ultrawysokiej próżni współpracujące z odpowiednio dobraną pompą próżni wstępnej. |
| Uszczelnienia CF | Metalowe uszczelnienia o bardzo małej przepuszczalności i odporności na temperaturę wygrzewania. |
| Pomiar ciśnienia | Głowice jonizacyjne i inne próżniomierze umożliwiające pomiar w zakresie wysokiej i ultrawysokiej próżni. |
| Analiza gazów resztkowych | RGA umożliwia identyfikację składników atmosfery resztkowej, diagnostykę zanieczyszczeń oraz kontrolę procesu odgazowania. |
| Badanie szczelności | Helowa detekcja przecieków pozwala potwierdzić szczelność układu przed osiąganiem docelowego ciśnienia UHV. |
APVACUUM dostarcza również komory próżniowe, pompy turbomolekularne, próżniomierze UHV oraz spektrometry masowe i analizatory RGA wykorzystywane w budowie i diagnostyce systemów wysokiej i ultrawysokiej próżni.
Dobór i konfiguracja systemu UHV
Konfiguracja systemu UHV zależy od wymaganej techniki badawczej, docelowego ciśnienia, rodzaju próbek, sposobu ich przygotowania i transferu oraz wymaganej temperatury i zakresu ruchu manipulatorów. Istotne są również wymagania dotyczące możliwości późniejszej rozbudowy stanowiska o kolejne moduły analityczne lub technologiczne.
APVACUUM pomaga w doborze kompletnej konfiguracji Scienta Omicron, integracji aparatury z układem próżniowym oraz wyposażeniu stanowiska w pompy, aparaturę pomiarową, analizę gazów resztkowych i pozostałe elementy techniki UHV.
