Исследование функциональных наноматериалов

Оборудование:


Исследовательский комплекс на базе Оже-микроанализатора и энергодисперсионного рентгеноспектрального анализатора JEOL JAMP – 9500F. Предназначен для исследования внутренней структуры наноструктурированных материалов и многослойных покрытий. Наряду с качественным анализом поверхности предоставляет также информацию о количественном составе поверхности, исходя из интенсивности Оже-пиков. Позволяет анализировать химический состав поверхности и приповерхностных слоев, а в сочетании с ионным травлением – получать профили элементного и химического состава тонкопленочных образцов. Применим как для исследования материалов с объемной кристаллической структурой, так и для поликристаллических и аморфных материалов. Важным требованием к исследуемым материалам является совместимость с условиями высокого вакуума.

Приложения:
  • Численный и качественный анализ химического состава на поверхности и в объеме;
  • Исследования адсорбции, десорбции, поврехностной сегрегации;
  • Оже-электронное картрирование;
  • Исследования атомных концентраций;




Спектрофотометр Shimadzu UV 3600 сканирующий для работы в УФ/видимом/ИК диапазоне. Предназначен для проведения спектральных исследований в широкой области спектра. Предоставляемые рабочие режимы: спектральный - регистрация поглощения, пропускания или отражения, сканирование по длине волны с возможностью последующей обработкой спектра (определение положения максимумов и минимумов, арифметические операции, расчет площади, сглаживание, обратные величины, логарифмирование,производная с 1 до 4 порядка); фотометрический (количественный)- измерение на одной или нескольких (до 3)выбранных длинах волн, построение градуировочной кривой методом К-фактора, одноточечным или многоточечным; кинетический - регистрация изменения измеряемой величины во времени. 
Технические характеристики:
  • используются 3 детектора, позволяющие проводить спектральный анализ в диапазоне длин волн 180-3600 нм
Приложения:
  • количественная оценка свойств отражения или пропускания света материалом в зависимости от длины волны света;
  • оценка ширины запрещенной зоны материала и прямых переходов между энергетическими уровнями;

Спектрометр вынужденного комбинационного рассеяния (Рамановский спектрометр) HORIBA LabRam HR 800. Используется для определения и характеристики молекулярного и кристаллического состава материалов. Является бесконтактным неразрушающим методом. Принцип работы рамановского спектрометра основан на эффекте комбинационного рассеяния света или эффекте Рамана, возникающем при рассеянии лазерного излучения веществом. В рассеянном свете появляются дополнительные частоты, определяемые колебаниями молекул или кристаллических структур этого вещества. Анализ полученного спектра позволяет определять собственные частоты колебаний молекул/кристаллических структур рассеивающего вещества, а это, в свою очередь, дает информацию о химическом составе и структуре вещества.
Технические характеристики:
  • Исследуемый спектральный диапазон 65-4000 см-1;
  • Доступные времена выдержки от 0.1 сек. до 3 дней;
  • Средняя ошибка 0,5 см-1;
  • Используемый для возбуждения КРС спектра неоновый гелий неоновый лазер с длиной волны 633 нм.
Приложения:
  • Количественная и качественная оценка кристаллических структур, деформаций и напряжений;
  • Идентификация веществ и их концентраций по молекулярному составу.

Просвечивающий электронный микроскоп  Jeol JEM 100c  - это устройство, в котором изображение от ультратонкого образца (толщиной порядка 0,1 мкм) формируется в результате взаимодействия пучка электронов с веществом образца с последующим увеличением магнитными линзами (объектив) и регистрацией на детекторе. Позволяет изучать мелкие детали материала размером сравнимым с столбцом атомов. Его разрешение в десятки тысяч раз превосходит разрешения лучших оптических микроскопов.


Технические характеристики:

  • Ускоряющее напряжение 100 kV;
  • Увеличение до 800 000 раз;
  • Разрешение до 1 nm.


Приложения:

  • Исследования слоев тонкопленочных структур;
  • Исследования нанокластеров и квантовых точек;
  • Электронная дифракция для локального фазового анализа.



Рентгеновский дифрактометр D8 DISCOVER фирмы Bruker AXS предназначен для прецизионного исследования материалов микро- и наноэлектроники. Позволяет проводить рентгенодифракционные исследования материалов, в том числе методами дифрактометрии высокого и низкого разрешения, построения карт обратного пространства, рефлектометрии, дифрактометрии высокого разрешения под скользящими углами, и исследования текстуры и напряжений в автоматическом режиме, с целью обеспечить:

  • фазовый и структурный анализ твердых тел (порошки, поликристаллы);
  • исследование морфологии межслойных границ в многослойных структурах, с толщинами слоев вплоть до нескольких монослоев;
  • изучение особенностей морфологии поверхности и приповерхностных слоев по глубине (от десятых долей нанометра);
  • изучение структурных превращений в твердых растворах.

Тех. характеристики:

1. Минимальный шаг измерений по осям Theta и 2Theta не более 0.0001 градуса;

2. Воспроизводимость позиционирования осей Theta и 2Theta не хуже ±0.0001 градуса;

3. Монохроматизация первичного пучка при помощи 4-кратного монохроматора-SCC4(Ge022);

4. Измерение в геометрии параллельного пучка, создаваемого при помощи многослойной градиентной оптики (параболического зеркала) с расходимостью не более 0.027 градуса;

5. Керамическая рентгеновская трубка 2.2 кВт, медный анод;

6. Точечный сцинтилляционный NaI детектор с широким динамическим диапазоном (не менее 2х106 cps);

7. Возможность проведения эксперимента при разных температурах. От -100 до + 350 С в вакууме.


Вибрационный магнитометр фирмы Lake Shore серии 7400 служит для исследования магнитных свойств материалов как функции внешнего магнитного поля, пространственной ориентации исследуемых образцов и времени. Позволяет измерять различные типы образцов: тонкие пленки, жидкости и порошки.

Технические характеристики:

  • Максимальная чувствительность магнитометра, которая сохраняется высокой во всем измеряемом диапазоне магнитных полей - 1÷2·10-7 Гс·см3
  • Максимально достижимое поле - 12 000 Э
  • Минимально возможный шаг по величине магнитного поля - 0,1 Э


Приложения:

1.  Исследования зависимости магнитного момента материала от приложенного внешнего поля      (M (H))

2.  Поиск легкой оси намагничивания

3.  Снятие магнитных характеристик в разных геометриях (в плоскости и вне плоскости образца)

4.  Исследования магнитокристаллической анизотропии  


Сканирующий зондовый микроскоп в условиях сверхвысокого вакуума JSPM-4610A (JEOL, Япония).

Применение - анализ поверхностей наноструктур и исследование их свойств.

Технические характеристики:

  • Давление в вакууме - 10-8 Па

  • Разрешение 0.14 нм по горизонтали и вертикали
  • Максимальный размер образца - 3 (Ш) х 7,7 (Д) х 0,3 (Т) мм
  • Возможность очистки и нагрева образца прямо в камере
  • Исследование как органических материалов, так и неорганических

Режимы работы: 

  • сканирующая туннельная микроскопия (STM)
  • атомно-силовая микроскопия (AFM)

 Режимы AFM:

  • контактный (contact), 
  • динамический контактный (AC), 
  • бесконтактный (NC), 
  • магнитно-силовая микроскопия (MFM),
  • фрикционно-силовая микроскопия (FFM)

Полностью автоматизированный сканирующий зондовый микроскоп SmartSPM (Aist-NT, Россия)

Применение – проведение исследований поверхности различных объектов с нанометровым пространственным разрешением в воздушной среде.

Технические характеристики:

  • Высокая скорость сканирования;
  • Максимальный размер области сканирования 100х100х15 мкм;
  • Точность позиционирования зонда и отсутствие искажений изображения за счет использования в сканере емкостных датчиков с обратной связью;
  • Малошумящая регистрирующая система с ИК лазером для измерения чувствительных к свету образцов;
  • Автоматизация измерений;
             Режимы работы:

  • Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ);
  • Атомно-силовая микроскопия (АСМ)

Измерительные методики:

  • Контактная АСМ;
  • Бесконтактная АСМ;
  • Полуконтактная АСМ;
  • Метод фазового контраста;
  • Метод латеральных сил;
  • Магнитная силовая микроскопия;
  • Микроскопия зонда Кельвина;
  • Электросиловая микроскопия;
  • Микроскопия пьезоотклика;
  • Силовая спектроскопия;
  • Нанолитография


Сканирующий электронный микроскоп JSM-6390LV (JEOL, Япония), интегрированный с  энергодисперсионным анализатором Oxford INCAEnergy  (Oxford Instrument, Англия).

Микроскоп JSM-6390LV 



Применение - анализ поверхности микро-  и наноструктур

Технические характеристики:
  • Увеличение от 5 до 30000 раз
  • Ускоряющее напряжение: 0,5-30 кВ
  • Максимальный размер исследуемого образца – 150 мм

  • Раствор конуса объективной линзы – 60 градусов
  • Возможно исследование органических материалов
Режимы работы: 
  • регистрация вторичных (SEI) электронов
  • регистрация обратно рассеянных электронов (BEI)
Энергодисперсионый анализатор  (Oxford Instrument X-ACT model 51-ADD0098).

Применение - качественный и количественный  элементный анализ микрообъектов, картирование поверхности и приповерхностного слоя

Технические характеристики:
  • Разрешение 133 eV
  • Определяемые элементы от Be до U