Сканирующий зондовый микроскоп Asylum Research MFP-3D™ Classic

Описание:

Микроскопы семейства MFP-3D на сегодняшний день являются наиболее гибкимии и производительными зондовыми микроскопами в своем классе. Они позволяют исследовать образцы большого размера и предоставляют широчайший набор методик и опций для работы с твердотельными образцами, полимерами и биологическими объектами, как на воздухе, так и в жидкости. Микроскопы MFP-3D обеспечат высочайшую точность и результативность Ваших исследований.

Модели:

• MFP-3D Infinity: флагман семейства микроскопов MFP-3D. Он вобрал все лучшее от MFP-3D Classic но оснащен новой быстрой электроникой и прецизионной механикой.
• MFP-3D Classic: производительность и универсальность для среднего бюджета. Исследование образцов большого размера, широкий набор методик и опций.
• MFP-3D-BIO: АСМ для исследований биологических объектов, сочетающий молекулярное разрешение АСМ с инвертированной оптической микроскопией.
• MFP-3D Origin: упрощенная версия микроскопа MFP-3D для небольшого бюджета. Допускает последующий апгрейд до полноценного MFP-3D Classic или BIO с полным набором опций.

Области применения:     

• Наука
• Материаловедение
• Анализ покрытий
• Медицина

Технические особенности

MFP-3D Classic разработан как высокочувствительный и прецизионный инструмент, с полным набором программного обеспечения для реализации различных методик. Уникальные технологии, внедренные в атомно-силовом микроскопе MFP-3D Classic подняли планку исследовательских задач, повысив функциональность, возможности атомно-силовой микроскопии. Микроскоп удовлетворяет требованиям как специалистов в области сканирующей зондовой микроскопии, так и поможет быстро и эффективно приступить к исследованиям начинающим пользователям.

Общий вид MFP-3D Classic

Инновации, внедренные в MFP-3D Classic:

Прибор состоит из базы, которая включает XY сканнер и головной части, включающей Z сканнер и зонд микроскопа.

Дизайн и конструкция MFP-3D Classic обладают гибкими и многофункциональными возможностями, широким спектром доступных системных опций и приставок для исследования в различных средах и областей применения для увеличения функциональности прибора.

Головная часть микроскопа. Держатель зонда

Головная часть микроскопа включает Z пьезо-сканнер, держатель зонда и систему регистрации отклонения кантилевера, реализованную с использованием низкокогерентного суперлюминесцентного диода (SLD), что позволяет избежать артефактов, связанных с интерференцией оптического сигнала.

Система нанопозиционирования NPS™ обеспечивает сверхточное измерение положения основания кантилевера для проведения суб-пиконьтоновых силовых измерений и получения топографии поверхности с атомным разрешением.

Основные характеристики Z сканнера:

• Диапазон перемещения: 15 (40*) мкм (в режиме замкнутой обратной связи);
• Высота образцов: до 10 (27*) мм
• Уровень шума датчиков: не более 0,25 нм (в режиме замкнутой обратной связи) (вариация Аллана на полосе 0,1Гц – 1 КГц); нелинейность: не более 0,05% на полном скане (в режиме замкнутой обратной связи);
• Уровень шума сканнера: не более 60 пм  (вариация Аллана на полосе 0,1Гц – 1 КГц)

Имеется возможность подачи до ±220 В на зонд микроскопа*.

Оптическая система с разрешением 3 мкм позволяет наблюдать сверху за зондом и образцом.

XY сканнер

XY сканнер MFP-3D по точности позиционирования и воспроизводимости превосходит любые другие трубчатые сканеры.

В микроскопе MFP-3D установлен изгибный сканер и запатентованная система позиционирования NPS™, которая контролирует движение по координатам XY с высочайшей точностью. Система учитывает эффекты релаксирования пьезокерамики (гистерезис и крип), обеспечивая высокое качество сканирования и возможность точного увеличения и смещения одним кликом мыши.

Основные характеристики XY сканнера:

• Размер образцов: до 8,6х3,8 см, что позволяет использовать  стандартные предметные и покровные стекла;
• Область сканирования: 90 мкм (в режиме замкнутой обратной связи);
• Уровень шума: не более 0,5 нм (в режиме замкнутой обратной связи) (вариация Аллана на полосе 0,1Гц – 1 КГц);
• Нелинейность: не более 0,5% на полном скане (в режиме замкнутой обратной связи).

База микроскопа MFP-3D

В микроскопе MFP-3D реализовано три конфигурации для оптического наблюдения за образцом:

• Вид сверху (разрешение 3 мкм);
• Вид снизу* (для прозрачных образцов), увеличение в 10 раз/0,25 NA;
• Совмещение видов* сверху и снизу для полного контроля над образцом.

Контроллер ARC2™

Полностью цифровой контроллер и адаптируемое программное обеспечение позволяет осуществлять работу и контроль за всей системой через программный интерфейс IGOR Pro. Открытый код доступа пользователя к программной среде.

• 100% цифровое управления обеспечивает низкий уровень шумов, быструю работу и высокую функциональность;
• Программируемые логические интегральные схемы (FPGA) и Цифровой сигнальный процессор.

Акустическая и виброизоляция, контроль температуры

В стандартную комплектацию прибора входит система виброизоляции и акустический кожух, что позволяет проводить высокоточные измерения даже в шумной среде, а также стабилизировать температуру.

• Пассивное (> 1000 Гц) и активное (0,7 - 1000 Гц) виброгашение.
• Акустическое экранирование обеспечивает изоляцию до 20дБ;
• Температурный контроль* обеспечивает стабилизацию температуры с точностью до 0,1°C, что на порядок уменьшает тепловой дрейф. 

* - Функция является опцией и требует дополнительных модулей, не входящих в стандартную комплектацию

Методики СЗМ микроскопа MFP-3D Classic

Стандартные:

• контактный режим (contact mode);
• метод латеральных сил (LFM);
• режим прерывистого контакта (tapping, AC mode), включая цифровой контроль добротности колебаний кантилевера;
• Dual AC™. Технология основана на мультичастотном возбуждении кантилевера и поддерживает гармонические двухчастотные методики сканирования для получения топографии и механических свойств поверхности;
• электро-силовая микроскопия (EFM);
• метод зонда кельвина (KPFM);
• магнитно-силовая микроскопия (MFM);
• микроскопия пьезо-отклика (PFM);
• силовые измерения (Force curves) в контактном и полуконтактном режиме;
• MicroAngelo - нанолитография и наноманипулирование;
• сканирование в жидкости;

Опциональные режимы:

• микроскопия проводимости (CAFM). Модуль ORCA™ обеспечивает низкотоковые измерения (~1пA – 10мкA) при постоянном поданном напряжении;
• AM-FM Viscoelastic Mapping Mode – исследование механических свойств поверхности, количественное определение модулей упругости и потерь;
• сканирующая туннельная микроскопия (STM);
• сканирующая тепловая микроскопия (SThM);
• приложение внешнего магнитного поля для магнитно-силовой микроскопии;
• определение температуры плавления локальной области образца (Ztherm);
• сканирующая микроволновая микроскопия импеданса (sMIM). Позволяет получать информацию о емкости, проводимости, степени и типе легирования полупроводника, а также dC/dV, dR/dV характеристики с пространственным разрешением менее 50 нм;
• высоковольтная микроскопия пьезо-отклика (PFM), подача до ±220 В на зонд. Исследование пробоя диэлектриков;
• наноиндентирование.

Опции и аксессуары микроскопов MFP-3D

Микроскопы семейства MFP-3D могут комплектоваться широким набором дополнительных модулей, для различных исследовательских задач. Большинство из них совместимы со всеми микроскопами семейства MFP-3D, за исключением MFP-3D Origin. Ниже представлены некоторые из доступных опций.

Ячейки и держатели для образцов с контролируемой средой делают возможным проводить АСМ исследования образцов при контролируемой температуре (-30 – 400°С) и влажности. Специально для биологических задач разработаны ячейки для работы в жидкой среде с возможностью обмена жидкости и контролем температуры, а также держатель для чашек Петри. Электрохимическая ячейка позволяет исследовать процессы окисления или осаждения материалов in situ. Специальные ячейки работают под управлением контроллера среды (Environmental Controller).
 

iDrive

Держатель для реализации магнитного возбуждения кантилевера iDrive. Колебания кантилевера в магнитном поле вызываются силой Лоренца под действием проходящего через него слабого тока, что обеспечивает чистый резонанс и стабильное сканирование в жидкости, особенно мягких образцов.

Variable Field Module 2

VFM 2  - модуль для приложения к образцу внешнего постоянного магнитного поля величиной до ± 0,8 Тл (8000 Гс). Реализован с применением постоянных магнитов, благодаря чему образце не нагревается.

Держатель для деформации образцов NanoRack

Держатель для деформации образцов позволяет  прикладывать к образцу  усилия до 80 Н на разрыв непосредственно в процессе сканирования. Применяется для исследования механических свойств материалов (в частности, полимеров).

Зондовая станция

Позволяет осуществлять электрический контакт с образцом во время сканирования, прикладывать внешнее напряжение смещения на образец.

Удлинитель для головной части микроскопа

Увеличивает зазор между сканнером и зондом, что делает возможным исследование толстых образцов до 27 мм толщиной.

Примеры использования микроскопов MFP-3D

Зондовая микроскопия используется для характеризации топографии и физических свойств поверхности. Она находит применение в широком круге научных задач, касающихся физики полупроводников, диэлектриков, пьезоэлектриков, биологических исследований клеток и макромолеул, физики полимеров, наночастиц и других материалов. Ниже показаны некоторые изображения, полученные с помощью микроскопов семейства MFP-3D.

1

 

 

2

1. Атомное разрешение поверхности графита (ВОПГ)
2. Атомное разрешение поверхности графита (ВОПГ), полученное в СТМ режиме. Размер скана 5 нм.

Q-контроль

1

 

 

2

1. Q-контроль

Цифовой контроль добротности колебаний кантилевера в режиме прерывистого контакта позволяет бережно сканировать мягкие образцы (полимерные пленки, биомолекулы и др.), оставаясь все время сканирования в режиме притяжения (либо отталкивания) зонда. Опция является стандартной в микроскопах MFP-3D.

2. Q-контроль

Амлитудно-частотная характеристика четырех различных кантилеверов с резонансными частотами от ~6 кГц до ~1 МГц. Синим показаны кривые, полученные в обычных условиях, красным – с увеличением добротности, черным – с уменьшением.

Картирование потенциала

1

 

 

2

1. Картирование потенциала трехкомпонентной полимерной пленки на золотой поверхности. Различия в потенциале, обозначенные цветом на трехмерной топографии образца, указывают на неравномерное покрытие поверхности. Размер скана 15 мкм.  (C. D. Sorrell, L. A. Lyon, Georgia Tech Chemistry)
2. Поверхность чипа оперативной памяти. Сканирование с использованием модуля ORCA™. Карта проводимости наложена на топографию образца, светлые области обозначают большую величину тока. Скан 5 мкм (I. Lin, National Taiwan University).