Режимы работы сканирующих зондовых микроскопов Park

Получите необходимые данные, выбирая различные режимы сканирования Park

Атомно-силовые микроскопы серии Park характеризуются широким диапазоном режимов сканирования, с помощью которых вы можете получить широкий спектр данных достаточно точно и эффективно. Помимо уникального бесконтактного режима «true non-contact», при котором наконечник остается острым, а образец не повреждается, и режима усовершенствованной магнитно-силовой микроскопии, компания Park предлагает наиболее инновационные и точные режимы в индустрии АСМ-микроскопов.

Стандартный режим отображения

Компания Park предлагает некоторые из наиболее инновационных режимов стандартного сканирования в АСМ приложениях. Режим True Non-Contact является единственным в мире режимом реального бесконтактного сканирования АСМ, а режим стандартного получения изображений является одним из наиболее точных.

Режим True Non-Contact

Сканирующие зондовые микроскопы Park обладают уникальным режимом выведения изображений True Non-Contact. При работе в этом режиме наконечник остается острым, а образец не повреждается, при этом вы можете получить более качественные и точные результаты сканирования при меньших затратах на техническое обслуживание.

При запуске режима True Non-Contact пьезоэлектрический модулятор приводит в колебание кантилевер при малой амплитуде и фиксированной частоте, что приблизительно соответствует внутреннему резонансу кантилевера. Когда наконечник приближается к образцу, на амплитуду и фазу колебаний кантилевера начинает оказывать влияние сила притяжения Ван-дер-Ваальса. Изменение амплитуды и фазы контролируется запатентованной системой обратной связи Z-servo в АСМ серии XE, которая поддерживает расстояние от наконечника до поверхности на уровне нескольких нанометров во избежание повреждения наконечника или поверхности.

Подробнее о режиме True Non-Contact


Атомарные вкрапления InAs на подложке из GaSb
Масштаб сканирования: 2 мкм

Технические характеристики:

  • Расстояние от наконечника до поверхности: 3 нм (как правило)
  • Частота колебаний кантилевера: 1 - 600 кГц
  • Амплитуда колебаний кантилевера: 1 - 2 нм (как правило)

Фазовое изображение

В режимах True Non-Contact, МСМ, ЭСМ и СЕМ можно получить данные о фазе, которые можно объединять (XE-методика) и формировать на их основе данные по разности фаз без влияния топографических искажений.


Фазовое изображение карбоната пирена
Масштаб: 30 мкм

Технические характеристики:

  • Разрешающая способность по фазе: 0.005°

Латерально-силовая микроскопия (ЛСМ)

Атомно-силовые микроскопы Park способны обнаруживать отклонения кантилевера не только в вертикальном, но и в продольном направлении, создавая изображение латерально-силовой микроскопии.

Контактный режим

Это стандартный режим работы наших АСМ, при котором кантилевер контактирует с поверхностью во время получения изображений, выдавая высокоточные топографические данные.

Технические характеристики:

  • Управление расстоянием от наконечника до поверхности: контакт

Диэлектрик-пьезоэлектрик

Для получения всех необходимых данных, атомно-силовые микроскопы Park имеют широкий ряд опций диэлектрического и пьезоэлектрического сканирования, включая усиленную электростатическую (кулоновскую) микроскопию, электростатическую микроскопию с динамическим контактом и пьезоэлектрическую силовую микроскопию.

Усиленная электростатическая микроскопия (ЭСМ)

Режим усиленной ЭСМ в серии XE предусматривает четыре отдельные опции: стандартная ЭСМ, ЭСМ с динамическим контактом (ДК-ЭСМ), пьезоэлектрическая силовая микроскопия (ПСМ) и сканирующая микроскопия с зондом Кельвина (СМЗК). На перемещение кантилевера влияет электрическая сила между кантилевером и образцом; смещение кантилевера может быть проанализировано по потенциалу, заряду или сегнетоэлектрической структуре.

Технические характеристики:

  • Диапазон смещения: - 10 В . . . +10 В

ЭСМ с динамическим контактом (ДК-ЭСМ)*

В режиме ДК-ЭСМ можно получать результаты ЭСМ с максимально высоким разрешением. В запатентованном компанией Park Systems* режиме ДК-ЭСМ переменное напряжение смещения прикладывается к кантилеверу, и регистрируются модуляционные изменения амплитуды и фазы кантилевера относительно приложенного напряжения смещения. ДК-ЭСМ предоставляет возможность мониторинга второй гармоники модуляции, которую можно сравнить с емкостью образца, и усиливает сигнал кулоновской составляющей от фоновой силы межмолекулярного взаимодействия.

Технические характеристики:

  • Диапазон смещения: - 10 В - +10 В
  • Частота напряжения смещения: 0 - 100 кГц (разрешение по частоте 1 Гц)
  • Патент США №:  6185991

Пьезоэлектрическая силовая микроскопия (ПСМ)*

Запатентованный нами режим ПСМ позволяет точно определить сегнетоэлектрическую структуру, например, полярность в сегнетоэлектрических или пьезоэлектрических образцах. Данный режим включает в себя независимый контроль приложенного переменного и постоянного напряжения смещения, а также локальной амплитуды/фазы в сравнении со спектроскопией постоянным смещением.

Спектроскопия пьезоэлектрического отклика

В режиме спектроскопии пьезоэлектрического отклика измеряется отклик локальной амплитуды/фазы на смещение постоянным током между наконечником и поверхностью образца. Полярность локальных пьезоэлектрических доменных переключателей зависит от знака и значения приложенного напряжения.

Технические характеристики:

  • Необходим внешний модуль для высокого напряжения
  • Постоянное напряжение смещения: -2 кВ ~ +2 кВ

Электрические свойства

Для инженеров и исследователей, которым необходимы точные данные по проводимости, сопротивлению образца и другим электрическим и топографическим свойствам, компания Park предлагает ряд режимов электрического сканирования.

Режим проводимости АСМ

Подробную информацию о продукции см. в разделе Режим проводимости АСМ.

Сканирующая емкостная микроскопия (СЕМ)

Режим СЕМ обеспечивает получение информации по концентрации легирующей примеси по поверхности образца при помощи измерения емкости между наконечником и образцом. Модуль позволяет использовать переменную частоту резонатора, что позволяет в свою очередь использовать широкую полосу радиочастот для мониторинга широких диапазонов концентрации примесей при выборе наиболее чувствительной частоты резонатора для определенного диапазона примесей.

Технические характеристики:

  • Диапазон частот: 600 МГц - 1500 МГц, выбирается программой с разрешением ~0.1 МГц
  • Разрешающая способность по частоте: 2 кГц
  • Чувствительность емкости: < 1 aF (ед. электрической ёмкости в системе СГСМ)
  • Разрешающая способность СЕМ по фазе: 0.005

Микроскопия сканирования распределенного сопротивления (SSRM)

Режим SSRM позволяет точно измерять локальное сопротивление по поверхности образца при помощи проводящего наконечника АСМ для сканирования небольшой области при подаче постоянного напряжения смещения.


Изображение STM сверхпроводника YBCO (оксида иттрий-барий-медь)
Масштаб: 2 мкм

Технические характеристики:

  • Диапазон смещения: -10 В - +10 В
  • Концентрация носителей заряда: 1015 - 1020 см-3
  • Разрешение в продольном направлении: < 10 нм

Сканирующая туннельная спектроскопия (STS)

Режим STS обеспечивает получение данных по спектроскопии ток-напряжение (I/V) в заданных пользователем точках, которые в дальнейшем можно использовать для анализа локальных электронных состояний образца.

Технические характеристики:

  • Групповое измерение в пользовательских точках (макс.128 x 128 точек)
  • Диапазон приложенного напряжения смещения: от -10 В до 10 В
  • Разрешающая способность по току: < 0.1 пА (опция ULCA)

Фотоэлектрическое отображение с разрешением по времени (Tr-PCM)

Режим Tr-PCM позволяет измерять фотоэлектрический отклик относительно подсветки с разрешением по времени без влияния источников световых помех, включая лазер с обратной связью. Данный режим подразумевает использование модуля лазерной подсветки, а также ПО для сбора и анализа данных.

Технические характеристики:

  • Разрешение по электрическому току: 0.03 пА
  • Разрешение по времени сбора данных: 20 микросекунд
  • Автоматический анализ времени жизни по данным кривых фототока.

Измерения на основе АСМ-микроскопии

Позволяет получать данные по силовой спектроскопии, объемным изображениям и калибровке жесткости при помощи режимов АСМ-измерений.

Спектроскопия на базе зависимости силы от расстояния

Позволяет получать информацию о механических свойствах образца по данным силовой спектроскопии, полученных в режиме АСМ спектроскопии Park.

Технические характеристики:

  • До 256 × 256 точек
  • Автоматическое вычисление различных параметров F-D (жесткости, оснастки, адгезии)
  • Аналитическое ПО включает в себя возможность группового анализа и экспорта данных.

Калибровка константы жесткости термическим методом

Поддержание надлежащей калибровки константы жесткости является критическим для точности данных по силе АСМ. Поэтому в микроскопах Park калибровка пружины проводится при помощи термического метода, что позволяет каждый раз получать точные показания.

Технические характеристики:

  • Автоматическое определение константы жесткости пружины.
  • Калибровка чувствительности кантилевера к отклонению автоматически/вручную

Магнитные свойства

Вы можете легко изучить магнитные свойства образца при помощи режимов магнитного сканирования Park. Модуль магнитно-силовой микроскопии обеспечивает наглядную визуализацию магнитных вариаций по поверхности образца, а режим регулируемого магнитного поля позволяет ознакомиться с распределением магнитных доменов.

Магнитно-силовая микроскопия (МСМ)

В режиме МСМ измеряются магнитные вариации по поверхности образца путем обнаружения взаимодействий между намагниченным кантилевером и поверхностью образца. Кантилевер определяет рельеф поверхности при первом сканировании, а затем поднимается и движется либо в соответствии с сохраненными топографическими данными о поверхности (режим вертикального смещения, доступен только в указанных странах), либо на постоянном расстоянии (или постоянной высоте) при фиксированном расстоянии по вертикали над поверхностью образца.

Технические характеристики:

  • Разрешающая способность по горизонтали: 20 нм (в зависимости от размера наконечника используемого кантилевера)
  • Разрешающая способность по фазе: 0.01°

МСМ с регулируемым магнитным полем (TM-MFM)

В режиме TM-МFМ определяется распределение магнитных доменов с учетом изменения магнитного поля.

Технические характеристики:

  • Необходимо дополнительное оборудование – генератор магнитного поля.
  • Регулировка магнитного поля в пределах от -300 ~ +300 Гс
  • Разрешающая способность поля: 3 Гс

Генератор магнитного поля

Генератор магнитного поля прикладывает внешнее магнитное поле к образцу. Поле регулируется в диапазоне от -300 до 300 Гс и прикладывается параллельно поверхности образца. Вы можете наблюдать за изменением магнитной структуры при помощи одной из наших опций магнитно-силовой микроскопии (МСМ).

Технические характеристики:

  • Внешнее магнитное поле прикладывается параллельно поверхности образца
  • Регулируемое магнитное поле
  • Диапазон: -300 - 300 Гс
  • Состоит из сердечника (чистое железо) и двух электромагнитных ячеек.

Механические свойства

Вы можете легко исследовать механические свойства образца при помощи режимов механического сканирования. Каждый из них обладает точностью, характерной для моделей Park System, поэтому вы всегда можете положиться на достоверность собранных данных.

Силовая модуляционная микроскопия (FMM)

В режиме FMM измеряются вариации механических свойств по поверхности образца. Движение кантилевера модулируется переменным током в момент, когда он контактирует с поверхностью образца, что позволяет наблюдать за изменениями амплитуды, фазы и усиления по характеристическим сигналам эластичности и вязкости.

Технические характеристики:

  • Регулируемая частота модуляции: 1 кГц - 600 кГц
  • Разрешающая способность по частоте: 0.02 Гц
  • Обнаружение амплитуды: < 0.1 нм
  • Разрешающая способность по фазе: 0.005°

Наноидентификация

В режиме наноидентификации к кантилеверу прикладывается избыточная сила для идентификации образца и определения его механических свойств, включая твердость и эластичность.

Технические характеристики:

  • Групповое измерение в пользовательских точках или по сетке
  • Диапазон перемещений идентификации: 12 мкм
  • Разрешение по перемещению: 0.1 нм
  • Приложение нагрузки: пьезоэлектрический привод
  • Максимальная нагрузка: 100 нН ~ 100 мкН
  • Разрешающая способность по нагрузке: 100 нН

Нанолитография

Режим нанолитографии позволяет вам производить манипуляции и создавать различные паттерны на поверхности образца путем приложения силы или напряжения. Положение наконечника для литографии можно легко регулировать, загрузив соответствующие векторные графики или растровые (битовые) изображения.

Технические характеристики:

  • Метод литографии: векторное и/или растровое сканирование
  • Диапазон смещения: -10 В - +10 В
  • Шумы напряжения смещения: 20 мкВ
  • Необходим комплект для подачи высокого напряжения, свыше ±10 В

Оптические свойства

Для исследователей, которым необходимо выведение изображений прозрачных биологических образцов при помощи АСМ, компания Park предлагает ряд оптических режимов. Оптический узел позволяет легко добавлять возможности оптического отображения к устройству серии XE, а режим спектроскопии комбинационного рассеяния с усилением наконечником позволит вам получить спектроскопические данные при определении топографических особенностей.

TERS (Спектроскопия комбинационного рассеяния с усилением наконечником)

В режиме TERS используется спектр рамановского рассеяния, усиленный кантилевером АСМ, что позволяет вам быстро определить химические свойства образца в нано-диапазоне при сборе топографических данных

Оптический узел XE

Оптический узел XE позволяет вам использовать кантилевер АСМ в качестве среды усиления светового пучка в комбинации с рамановской спектроскопией, усиливая оптический отклик образца. Узел обеспечивает оптическую доступность сверху, снизу и по бокам для обеспечения наилучшего пучка. Данная опция совместима со всеми опции атомно-силовых микроскопов серии XE.

Технические характеристики:

  • Оптическая доступность: сверху и по бокам
  • Диапазон Z-сканирования: 12 мкм или 25 мкм
  • Резонансная частота: 3 кГц (12 мкм узел XE), 1.7 кГц (25 мкм узел XE)
  • Тип лазера: LD (650 нм) или SLD (830 нм)
  • Порог шума: 0.03 нм (тип.), 0.05 нм (макс.)

Термические свойства

Вы можете получить более точные данные по термическим свойствам ваших образцов при помощи режимов термического сканирования Park.

Сканирующая термическая микроскопия (SThM)

Режим SThM позволяет вам легко определить локальную теплопроводность образца при измерении теплообмена между наконечником и образцом при помощи микрозонда.


Температурная карта смещения наконечника
активного слайдера жесткого диска
Масштаб 20 мкм x 20 мкм

Технические характеристики:

  • Режимы работы: микроскопия контрастной проводимости, тепловая контрастная микроскопия
  • Радиус наконечника и материал зонда: 100 нм, NiCr и Pd
  • Температурная пространственная разрешающая способность: < 100 нм
  • Предел допустимого тока: 1 мА
  • Рабочая температура: до 160 °C
  • Разрешающая способность по температуре: 0.1 °C
  • Уровень шумов в температуре: 0.05 °C