Комбинированное решение Raman/AFM AIST OmegaScope

Единственный прибор подобного класса на рынке, гарантирующий реальное зондовое усиление (TERS)!

  • гибкое конфигурирование под задачи пользователя;
  • максимальный уровень автоматизации;
  • рекордное пространственное разрешение в режиме нано-спектроскопии (до 10 нм!).

Комбинированное решение СЗМ + рамановский/флюоресцентный микроспектрометр имеет общее название OmegaScope и фактически заключает в себе целое семейство различных исследовательских инструментов. Возможность максимально гибкого конфигурирования, удобное управление, максимальная автоматизация и гарантируемый режим зондового усиления (TERS) делают прибор OmegaScope уникальным инструментом для решения широкого класса задач нано-спектроскопии.

raman-afm-aist-horiba








Установка AIST OmegaScope на базе СЗМ SmartSPM , CombiScope , оптической системы AIST TRIOS и рамановского микроспектрометра HORIBA LabRAM, установленная в лаборатории НИУ ИТМО, Санкт-Петербург, Россия.

В приборе OmegaScope впервые в мире:

  • Реализован максимально широкий оптический доступ к зонду и образцу с возможностью подводить возбуждающее излучение и собирать рассеянный свет по 3 различным оптическим каналам;
  • Развязаны оптические пути рамановского сигнала и лазера системы регистрации микроскопа, что позволяет избежать искусственного сужения рабочего спектрального диапазона при комбинированных измерения;
  • Разработан дополнительный сканер объектива для точного совмещения кончика зонда СЗМ и фокальной области возбуждающего лазера;
  • Предусмотрены специальные аппаратные и программные методики для синхронизации комбинированных СЗМ/Раман измерений и максимизации зондового усиления (TERS-эффект);
  • Установлен инфракрасный лазер системы регистрации отклонений кантилевера, используемой при атомно-силовых измерениях, что позволяет работать с фоточувствительными образцами и не опасаться паразитной засветки детектора.

Оптический доступ к зонду и образцу
Наличие одновременного оптического доступа к зонду и к образцу сверху, снизу, и сбоку через высокоапертурные объективы-планапохроматы позволяет воздействовать на образец лазером с заданной поляризацией и максимально эффективно (с максимально возможной апертурой) собирать рассеянный свет с поверхности образца, что особенно важно для проведения экспериментов с со слабым сигналом, и для нано-спектроскопических измерений с зондовым усилением (TERS).

Регистрирующая система с ИК лазером
В приборе OmegaScope установлен инфракрасный лазер системы регистрации отклонений кантилевера, что позволяет работать с фоточувствительными образцами и не опасаться паразитной засветки спектрального детектора. В оптическом микроскопе лазер системы регистрации не виден, что облегчает визуальный контроль области сканирования.

Развязка оптических путей рамановского лазера и лазера системы регистрации
В приборе OmegaScope развязаны оптические пути рамановского сигнала и лазера системы регистрации микроскопа, что позволяет избежать искусственного сужения рабочего спектрального диапазона при комбинированных измерения.

Сканер объектива
В приборе OmegaScope для точного выставления положения фокуса объектива микроскопа вблизи кончика СЗМ зонда используется специальный пьезо-сканер объектива собственной разработки AIST-NT с датчиками обратной связи. Сканер управляется общим контроллером и ПО прибора.

Автоматизация
Автоматическая настройка регистрирующей системы освобождает пользователя от рутинных операций, а также обеспечивает повторяемость настроек вне зависимости от его опыта. Моторизация позиционирования образца в горизонтальной плоскости позволяет пользователю легко находить область, в которой необходимо производить сканирование. В автоматическом режиме пользователю необходимо лишь указать основные параметры зонда и поле сканирования для того, чтобы программа произвела полную настройку системы, подвела зонд к поверхности образца и начала сканирование. Автоматизация также позволяет быстро настроить прибор для измерений с зондовым усилением (TERS).

Механическая и акустическая стабильность
Благодаря уникальной конструкции прибора OmegaScope даже в ходе длительных многочасовых экспериментов настройка оптической части прибора остается стабильной, что позволяет работать с очень слабыми оптическими (спектральными) сигналами и проводить успешные нано-спектроскопические эксперименты.

Легкость и удобство замены зонда и образца
Специальная запатентованная конструкция держателей зонда и образца прибора AIST OmegaScope позволяет легко и быстро заменить зонд не трогая образец, и заменить образец не касаясь зонда и не нарушая оптических настроек прибора, что особенно важно при сложных нано-спектроскопических измерениях. После замены новый зонд встает в прежнее положение с точностью нескольких микрон.

Высокоскоростное сканирование
Быстрый сканер образца с очень высокими резонансными частотами позволяет проводить сканирование на скоростях до 10 раз выше по сравнению с большинством микроскопов на рынке. Малая нелинейность и низкие шумы датчиков обратной связи позволяют использовать сканер для метрологических приложений. Высокая стабильность в сочетании с высокочастотным сканером позволяет получать атомарное разрешение на сканере с максимальным полем 100 мкм. Термокомпенсация сканера обеспечивает получение низких тепловых дрейфов.

Улучшенный алгоритм контроля обратной связи и фазовой задержки
Данный алгоритм позволяет осуществлять сканирование с более высокой скоростью без перескоков и проблем с генерацией сканера, устраняет искажения изображения и ошибки при зуммировании. Существенно уменьшает время установления сигнала на скачок по X, Y и Z направлениям, а также снижает ошибку отставания по фазе в сотни раз вдоль оси X и Y.

Модульный цифровой контроллер
Модульный дизайн контроллера обеспечивает возможность расширения и адаптации контроллера в соответствии с задачами пользователя, а также проведение обновления ПО и прошивок. Высокоскоростной DSP обеспечивает синтез полностью цифровых обратных связей по трем осям с возможностью расширения до 9 каналов управления для обеспечения интеграции с другими методиками измерений, в том числе для управления сканером объектива. Имеется возможность подачи модуляции на зонд и X, Y и Z оси сканеров. Наличие выхода напряжения смещения. Цифровые входы/выходы и аналоговые входы для интеграции с внешними устройствами.

Измерительные методики
В приборе OmegaScope поддерживается контактная и полуконтактная атомно-силовая микроскопия (АСМ), бесконтактная АСМ, метод фазового контраста, микроскопия латеральных сил, динамическая силовая микроскопия, магнитно-силовая микроскопия, методика зонда Кельвина, сканирующая емкостная микроскопия, электросиловая микроскопия, микроскопия пьезоотклика, силовая спектроскопия, нанолитография и наноманипуляции, туннельная микроскопия, микроскопия токов растекания, измерение вольт-амперных характеристик, микроскопия поверхностных сдвиговых сил, ближнепольная оптическая микроскопия в различных вариантах возбуждения и сбора. Также отдельно реализованы специальные методики для нано-спектроскопических измерений, позволяющие синхронизировать снятие с поверхности образца зондовых и спектральных данных, что крайне важно при работе в режиме зондового усиления (TERS).

Параметры Значения

АСМ головка:

Длина волны лазера, нм

1300

Шум регистрирующей системы, нм

< 0,1

Оптический доступ:

Верхний объектив макс.

100х, NA = 0,7

Нижний объектив макс.

100х, NA = 1,4 (иммерсионный)

Боковой объектив макс.

50х, NA = 0,5

Контроллер:

Количество синхронных детекторов

2

Цифровой генератор
– количество, шт.
– разрядность, бит
– диапазон, МГц


6
32
до 5

Частота ЦСП, МГц

300

Интерфейс

USB 2.0

АЦП
– частота, кГц
– разрядность, бит
– количество каналов


500
18
20

Высоковольтные усилители
– напряжение, В
– шум, ppm


-5…+120
не более 0,4

Напряжение смещения (AC, DC), В

-10…+10

Напряжение смещения в режиме электрической нанолитографии, В

-50…+50

Частотный диапазон напряжения, МГц

0 ÷ 2

Сканер образца:

Диапазон сканирования, мкм

100 x 100 x 15 (±10%)

Нелинейность по осям XY, %

не более 0,04

Нелинейность по оси Z, %

не более 0,04

Шумы (СКО), нм
– по XY в полосе 200 Гц с включенными датчиками
– по XY в полосе 100 Гц с выключенными датчиками
– шумы датчика Z в полосе 1000 Гц


0,1
0,02
< 0,04

Цифровая обратная связь

по осям X, Y и Z

Резонансная частота по XY, без нагрузки, кГц

7

Резонансная частота по Z, без нагрузки, кГц

15

Моторизованное позиционирование образца
– диапазон, мм
– разрешение, мкм


5
1

Сканер объектива:

Диапазон сканирования, мкм

30 x 30 x 15 (±5%)

Цифровая обратная связь

по осям X, Y и Z

Пространственное разрешение:

В полуконтакной АСМ, нм

< 1

В нано-спектроскопии, нм

< 10
Яндекс.Метрика