Сканирующий зондовый микроскоп Bruker Dimension FastScan

Описание

Сканирующий зондовый микроскоп Dimension FastScan, построенный на платформе легендарного Dimension Icon, позволяет проводить сканирование поверхности образца на экстремально высоких скоростях с таким же высочайшим разрешением и надежностью, что и раньше. Эта инновационная система дает возможность получать достойные публикаций результаты в самые короткие сроки в любой области применения атомно-силовой микроскопии. С помощью этой системы Вы сможете получать СЗМ изображения исследуемых поверхностей с высочайшим разрешением, унаследованным от микроскопа Dimension Icon при скоростях сканирования свыше 125Гц. Такие скорости позволяют максимально быстро и точно выбирать область для более детального исследования. Возможность сканирования со скоростью 1 кадр в секунду в воздухе и в жидкости изменит Ваше представление о сканирующей зондовой микроскопии.

Микроскоп Dimension FastScan является кульминацией многолетнего развития зондовых микроскопов компании Bruker. Эта система была разработана с учетом мнений пользователей – специалистов самого высокого уровня – по всему миру. В результате, система позволяет максимально быстро получать результаты самого высокого уровня независимо от уровня подготовки пользователя. Для этого используется запатентованная технология автоматической оптимизации изображения ScanAsyst. Непревзойденная простота эксплуатации, эффективность, производительность и универсальность микроскопа Dimension FastScan делают его идеальным выбором практически для любой АСМ-задачи.

Уже в стандартной комплектации система обладает двумя сменными сканерами: Dimension Icon и Dimension FastScan. С первым из них система демонстрирует всю мощь микроскопа Dimension Icon, со вторым в дополнение к ней открываются новые возможности, описанные выше.

С установленным сканером Icon доступны следующие режимы работы:

• Контактный режим 
• Режим латеральных сил 
• Полуконтактный режим (tapping mode)
• Режим регистрации фазы
• Двухпроходный режим
• Магнитно-силовая микроскопия
• Электро-силовая микроскопия
• Кельвин-микроскопия (потенциал поверхности)
• Силовая спектроскопия (в т.ч. силовое картирование)
• Туннельная микроскопия и спектроскопия
• Режим торсионных колебаний
• Режим Harmonix
• Наноиндентирование
• Нанолитография
• Наноманипуляции
• Термическая микроскопия
• Термоанализ
• Микроскопия сопротивления растекания
• Туннельная АСМ
• Проводящая АСМ 
• Емкостная микроскопия
• PeakForce QNM
• ScanAsyst

Со сканером FastScan:

• ScanAsyst
• Наномеханическое картрирование
• Полуконтактный режим(воздух/жидкость)
• Режим регистрации фазы
• контактный режим
• Режим латеральных сил
• двухпроходные методики
• МСМ
• ЭСМ
• Силовая спектроскопия
• Force Volume
• нанодентирование
• наноманипуляции
• нанолитография
• кельвин-потенциал (поверхностный потенциал)
• микроскопия пьезоотклика

Режим PeakForce QNM (Quantitative Nanomechanical Property Mapping) является ядром новейшей системы ScanAsyst, разработанной для оптимизации качества изображений атомно-силовой микроскопии. Суть режима заключается в следующем: колебания зонда генерируются с помощью вертикальных перемещений трубки пьезосканера с частотой 2 кГц. При каждом касании острия кантилевера поверхности образца строится кривая силы взаимодействия зонд-образец. Максимальное значение этой силы используется в качестве сигнала обратной связи. При этом PeakForce QNM позволяет использовать значительно меньшие силы, чем традиционный полуконтактный (tapping mode) режим. Это делает возможным работу с особо деликатными образцами и сверхострыми зондами.

В отличие от полуконтактного режима, где силы взаимодействия зонд-образец это сложная функция параметров настройки, PeakForce QNM обеспечивает прямое измерение таких сил, что делает его мощным инструментом количественного анализа механических свойств материалов, таких как, адгезия, модули упругости и др. Поскольку силовая кривая строится в каждом пикселе изображения, разрешение полученной карты свойств поверхности равно разрешению топографии.

Основные преимущества PeakForce QNM:

• Высокое латеральное разрешение карт механических свойств материалов. Разрешение изображений составляет около 2 нм – типичное значение радиуса закругления кантилеверов Bruker.
• Количественные данные. Поскольку все механические свойства вычисляются на основе силовых кривых, полученные значения имеют количественный характер. Изображения механических свойств выдаются сразу со шкалой в абсолютных единицах.
• Чрезвычайно широкий диапазон значений измеряемых характеристик. Например, модуль упругости можно измерять в пределах 1 МПа – 100 ГПа, адгезию в пределах 10 пН – 10 мкН.
• Неразрушающие измерения. Силы взаимодействия зонд-образец существенно ниже, чем даже в полуконтактном режиме. Это делает возможным работу с особо деликатными образцами и сверхострыми зондами.
• Нет необходимости настройки резонансной частоты кантилевера. Частота колебаний зонда всегда постоянная – 2 кГц (1 кГц для микроскопа BioScope Catalyst).
• Возможность применения широкого диапазона зондов.
• Благодаря мощному контроллеру Nanoscope V, обеспечивающему высокую скорость обработки массива силовых кривых, изображения топографии и карт поверхности отображаются одновременно по 8-ми независимым каналам.

 

Изображения поверхности многослойного полимера, полученные в режиме PeakForce QNM. 
Размер скана 10х10 мкм. а) топография, б) адгезия, в) модуль упругости.

 

ScanAsyst

 

Изображение периодической решетки, 
размер 1х1 мкм. Глубина канавки 65 нм, 
период 50 нм.

 

ScanAsyst - это первая интеллектуальная система, позволяющая автоматически оптимизировать качество изображений атомно-силовой микроскопии. ScanAsyst освобождает исследователя от необходимости настраивать параметры обратной связи (setpoint, feedback gains), скорость сканирования. Это делает процесс получения картинки не сложнее, чем выбор области сканирования, как на воздухе, так и в жидкости.

ScanAsyst основан на режиме PeakForceTapping (или как продолжение этого режима – PeakForce QNM (Quantitative Nanomechanical Property Mapping). Суть режима заключается в следующем: колебания зонда генерируются с помощью вертикальных перемещений трубки пьезосканера с частотой 2 кГц. При каждом касании острия кантилевера поверхности образца строится кривая силы взаимодействия зонд-образец. Максимальное значение этой силы используется в качестве сигнала обратной связи. Система автоматически анализирует получаемое изображение и «налету» оптимизирует параметры сканирования, делая качество картинки наилучшим.

Основные преимущества ScanAsyst:

• Неразрушающие измерения. Силы взаимодействия зонд-образец существенно ниже, чем даже в полуконтактном режиме. Это делает возможным работу с особо деликатными образцами и сверхострыми зондами;
• Нет необходимости настройки параметров сканирования (setpoint, feedback gains, скорость сканирования) и резонансной частоты кантилевера;
• Отличные результаты при работе в жидкостях т.к. значение параметра setpoint динамически подстраивается;
• Возможность профилирования узких и глубоких впадин и канавок.

ScanAsyst также доступен как стандартная функция на атомно-силовых микроскопах MultiMode 8, Dimension Edge, Dimension Icon и BioScope Catalyst. Возможен апгрейд более ранних систем, таких как MultiMode, Dimension.

 

Технические характеристики

Параметр	Значение
	Со сканером Icon	Со сканером FastScan
Диапазон сканирования по X-Y	90 мкм × 90 мкм,  минимум 85мкм	35 м × 35 мкм,  минимум 30мкм
Диапазон сканирования по Z	10 мкм в режимах записи изображения и силовых кривых,  минимум 9.5мкм	≥ 3 мкм
Уровень шума по вертикали	< 30 пм RMS,  положение в соответствующей среде (до 625 Гц)	< 40 пм RMS,  датчик в соответствующей среде (до 625 Гц)
Максимальная X-Y скорость зонда  (ошибка позиционирования 1%)	-	> 2 мм/с
Уровень шума по X-Y  (петля обратной связи)	≤0,15 нм RMS при сканировании   (частоты до 625 Гц)	≤ 0,20 нм RMS при сканировании  (частоты до 2,5 кГц в адаптивном режиме)
Уровень шума Z-сенсора	35 пм при сканировании  (до 625 Гц),  50 пм при записи силовых кривых (0,1 Гц до 5 кГц)	30 пм при сканировании  (до 625 Гц)
Плоскостность X-Y (в диапазоне 30 мкм)	-	≤ 3 нм
Интегральная нелинейность X-Y-Z	< 0.5 %	< 0.5 %
Размеры образца/держателя	Вакуумный держатель для образцов ≤ 210 мм в диаметре и толщиной ≤ 15 мм
Моторизованная система позиционирования: X-Y	150 мм × 180 мм с вращающимся держателем,  воспроизводимость: 2 мкм по одной оси, 3 мкм по двум осям
Оптическая система	Цифровая камера 5 Мп,  Область обзора 180 мкм × 1465 мкм, цифровой зум, моторизованный фокус	Цифровая камера 5 Мп,  Область обзора 180 мкм × 1040 мкм, цифровой зум, моторизованный фокус
Контроллер/программное обеспечение	Nanoscope V/Nanoscope v.8.15 и более поздних
Рабочая станция	Включает Nanoscope V, Контроллер системы позиционирования, блок высоковольтных усилителей, компьютер. Обладает эргономическим дизайном, обеспечивающим немедленный физический и визуальный доступ к любому модулю
Вибрационная и акустическая изоляция	Интегрированная (для дополнительной информации см. требования к установке)
Режим ACM	Стандартные:    ScanAsyst,  Полуконтактный (в воздухе)  Контактный  Режим латеральных сил  Режим регистрации фазы  Силовая спектроскопия  Двухпроходные режимы  Магнитно-силовой режим  Электро-силовой режим  Кельвин-потенциал (поверхностный потенциал)  Force Volume  Микроскопия пьезоотклика   Опциональные:  PeakForce QNM  PeakForce Tuna HarmoniX  Нанодентирование  Наноманипуляции Нанолитография Force Modulation (воздух/жидкость) Полуконтактный режим (жидкость)  Torsional Resonance Mode Dark Lift СТМ  Емкостная микроскопия Проводящая АСМ SSRM TUNA TR-TUNA VITA	Стандартные:  ScanAsyst Наномеханическое картрирование Полуконтактный режим(воздух/жидкость) Режим регистрации фазы контактный режим Режим латеральных сил  Двухпроходные методики МСМ ЭСМ  Силовая спектроскопия  Force Volume Опциональные:  Нанодентирование  Наноманипуляции Нанолитография Кельвин-потенциал (поверхностный потенциал) Микроскопия пьезоотклика
Соответствие нормам безопасности	Сертификат CE