Уникальный сверхвысоковакуумный комплекс Omicron Multiprobe RM (комплекс оборудования)

Уникальный сверхвысоковакуумный (СВВ) комплекс Omicron Multiprobe немецкой фирмы Scienta Omicron GmbH (Omicron Vakuumphysik GmbH) является модульной системой. С 2000 по 2017 годы комплекс многократно доукомплектовывался и модернизировался от базовой модификации Omicron Multiprobe S до современной Omicron Multiprobe RM. Аналитическая камера, кроме высоковакуумной АСМ/СТМ системы, была дополнена оборудованием для электронной Оже-спектроскопии, растровой электронной микроскопии, сканирующей Оже-микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спекроскопии, дифракции быстрых электронов на отражение, ионного травления, для скалывания полупроводниковых образцов в вакууме. В 2010 году дополнительно была приобретена ростовая камера (MBE) c источником кремния и электронно-лучевым распылителем для создания наноструктурированных материалов и тонких пленок методом молекулярно-лучевой эпитаксии.

СВВ комплекс с давлением в вакуумном объеме до 10^-11 мбар предназначен для изучения топографии, состава и структуры твердотельных наноразмерных систем методами:

• атомно-силовой/сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии (АСМ, СТМ, СТС);
• электронной оже-спектроскопии (ЭОС);
• растровой электронной микроскопии (РЭМ);
• сканирующей оже-микроскопии (СОМ);
• рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС);
• дифракции быстрых электронов на отражение (ДБЭ).

Комплекс позволяет проводить изучение созданных в ростовой камере структур in situ, т.е. без выноса выращенной структуры в атмосферу. Доступные методы создания наноструктурированных систем:

• молекулярно-лучевая эпитаксия с использованием электронного испарителя и сублимационного источника;
• эпитаксия из газовой среды;
• импульсное лазерное осаждение с использованием Nd:YAG лазера.
  
  

Оборудование комплекса:

СВВ система

1. Ионно-геттерный и титановый сублимационный насосы, поддерживающие давление до 10^-11 Торр при комнатной температуре.
2. Шлюз загрузки и выгрузки образцов.
3. Система манипуляторов необходимых для загрузки и выгрузки образцов, а так же для перемещения образца внутри СВВ системы между различными камерами.
4. Воздушная подушка для изоляции системы от вибраций.

Аналитическая камера

1. Комбинированный сканирующий туннельный/атомно-силовой микроскоп (СТМ/АСМ) UHV STM/AFM LF1. Предназначен для исследования морфологии поверхности твердых тел с атомным разрешением в режимах туннельной, контактной и неконтактной атомно-силовой микроскопии, туннельной спектроскопии. Максимальный размер скана 5мкм (x,y) 1 мкм (z), точность позиционирования зонда 0,01 нм (x,y), 0,001 нм (z).
2. Полусферический анализатор энергий электронов EA-125 с пятиканальным детектором на основе вторично-электронных умножителей (Channeltron). Разрешение по энергии 20 мэВ. Предназначен для сепарации вторичных электронов по энергии в методах РФЭС и ЭОС. При использовании в качестве источника возбуждения растровой электронной пушки SEM-20 возможен локальный элементный анализ структур в нанометровом масштабе (с латеральным разрешением ~ 50 нм).
3. Сканирующий источник электронов SEM-20 (FEI, США) с термополевым катодом и электростатическими линзами. Минимальный размер электронного зонда 20 нм, ток - до 100 нА, ускоряющее напряжение до 25 кВ. Предназначен для получения топографии поверхности твердотельных структур методом РЭМ, для изучения локального состава методом СОМ с пространственным разрешением 10 - 20 нм.
4. Сильноточный электронный источник EKF 300. Размер электронного пучка 300 мкм, ток до 5 мкА, ускоряющее напряжение 1 - 5 кВ. Предназначен для получения высокоинтенсивных спектров в методе ЭОС.
5. Источник рентгеновского излучения DAR 400 с Al и Mg анодами. Предназначен для возбуждения фотоэлектронов линиями Al Kα и Mg Kα в методе РФЭС.
6. Источник ионов Ar+ ISE-10. Диаметр ионного пучка 25 мм, ток до 5 мкА, ускоряющее напряжение до 5 кВ. Предназначен для очистки поверхности образца ионным травлением и послойного профилирования в методах, ЭОС, РФЭС и СОМ с разрешением по глубине до 4 нм.
7. Сканирующий источник ионов Ar+ FIG 5 с дифференциальной откачкой. Диаметр ионного пучка 100 мкм, ток до 5 мкА, ускоряющее напряжение до 5 кВ. Предназначен для очистки поверхности образца ионным травлением и послойного профилирования в методах, ЭОС, РФЭС и СОМ с разрешением по глубине до 1 нм.
8. Манипулятор с 4-мя степенями свободы. Предназначен для перемещения и позиционирования держателя с образцов в вакуумном объеме. Позволяет нагревать образец до 800°С косвенным нагревом с использованием встроенной печи и до 1300°С прямым нагревом при пропускании тока. Позволяет измерять протекание тока через образец в методе РЭМ.

Ростовая камера

1. Электронный испаритель EFM 3 с Mo, Ta и С тиглями. Скорость роста от 0,1 до 1000 монослоев/мин, температурный диапазон от 160°С до 3300°С, диаметр подложек 5 - 20 мм. Имеет датчик потока и встроенную заслонку. Предназначен для испарения материалов из тигля под действием электронного удара в методе молекулярно лучевой эпитаксии при создании наноструктурированных материалов и тонких пленок на поверхности подложек различных типов.
2. Сублимационный источник кремния SUSI. Предназначен для выращивания Si слоев и легирования кремнием других материалов в процессе роста.

Уникальная научная установка

В 2020 году в рамках реализации мероприятий по обновлению приборной базы ведущих организаций федерального проекта "Развитие передовой инфраструктуры для проведения исследований и разработок в Российской Федерации" национального проекта "Наука" была осуществлена модернизация сканирующего зондового микроскопа UHV AFM\STM LF1, что существенно расширило аналитические возможности комплекса, увеличило число методов и методик СЗМ исследований проводимых в сверхвысоком вакууме до 1*10-10 мбар, в частности, появилась возможность реализации всех базовых методик АСМ (включая емкостную и электросиловую микроскопии, метод зонда кельвина, магнито-силовую микроскопию, баллистическую электронно-эмиссионную спектроскопию и др.).