Атомный силовой микроскоп Park NX-Hivac: высоковакуумный наноанализ для чувствительных материалов
Атомный силовой микроскоп Park NX-Hivac — это специализированная система, разработанная для исследований в области полупроводниковых технологий и материаловедения, где критически важна защита образцов от воздействия атмосферы. Благодаря интеграции высоковакуумной камеры с передовыми технологиями сканирующей зондовой микроскопии, NX-Hivac обеспечивает стабильные и чистые условия измерений, недостижимые при работе в воздушной или даже в сухой азотной среде.
Платформа сочетает в себе запатентованную систему ортогонального сканирования Park Systems и режим True Non-contact™, усиленные возможностью работы в вакууме до 10⁻⁵ Торр. Это позволяет точно характеризовать топографические, механические и электрические свойства воздухочувствительных материалов — от перспективных 2D-материалов до сложных полупроводниковых структур — без риска окисления, загрязнения или деградации поверхности.
Преимущества высоковакуумной среды
Работа в вакууме устраняет влияние влаги, кислорода и других компонентов атмосферы, которые могут искажать результаты или повреждать образцы. NX-Hivac достигает рабочего вакуума менее чем за 5 минут, обеспечивая быстрый переход к эксперименту. Внутренний объём камеры составляет 325 × 420 × 320 мм, что достаточно для размещения типичных подложек и устройств, используемых в микроэлектронике и нанотехнологиях.
Камера изготовлена из материалов с низким уровнем выделения газов (low-outgassing), что минимизирует время откачки и поддерживает стабильность вакуума на протяжении всего эксперимента. Это особенно важно для длительных измерений и воспроизводимости данных.
Технические характеристики
| Параметр | Характеристика |
|---|---|
| Рабочее давление | До 10⁻⁵ Торр |
| Время откачки | Менее 5 минут до рабочего вакуума |
| Внутренний объём камеры | 325 мм × 420 мм × 320 мм |
| Материалы камеры | Низковыделяющие (low-outgassing) сплавы и покрытия |
| Система сканирования | Ортогональная: XY-сканер на гибких шарнирах, Z-сканер с датчиком деформации |
| Режим сканирования | True Non-contact™ (истинный бесконтактный режим) |
| Прямолинейность Z-сканирования | ≤ 0,1 %; отклонение по оси < 5 нм при ходе 15 мкм |
| Оптическая система | On-axis оптический микроскоп с программно управляемым LED-освещением |
| Выравнивание фотодетектора | Моторизованное выравнивание по оси A–B без вскрытия камеры |
| Управление вакуумом | Программное обеспечение Park Hivac Manager с автоматизацией откачки и вентиляции |
Интеллектуальное управление вакуумом
Программное обеспечение Park Hivac Manager превращает сложную процедуру создания вакуума в простую операцию «одним кликом». Пользователь получает наглядную визуализацию каждого этапа — от откачки до вентиляции — что снижает нагрузку на оператора и исключает ошибки. Автоматизация также ускоряет подготовку к эксперименту и повышает общую эффективность лабораторного процесса.
Оптическая и лазерная система
Встроенная on-axis оптическая система с регулируемым LED-освещением обеспечивает чёткий обзор поверхности образца прямо по оси зонда, что упрощает навигацию и позиционирование. Для детекции отклонения кантилевера используется суперлюминесцентный диод (SLD) с низкой когерентностью, минимизирующий интерференционные шумы.
Особое внимание уделено удобству обслуживания: выравнивание фотодетектора по оси A–B выполняется дистанционно, без необходимости открывать вакуумную камеру. Это сохраняет целостность условий эксперимента и экономит время.
Ортогональная система сканирования и True Non-contact™
Как и все системы Park, NX-Hivac использует раздельную архитектуру сканирования: XY-движение осуществляется гибким сканером, а Z-движение — независимым вертикальным модулем. Такая конструкция исключает перекрёстные помехи между осями, обеспечивая линейность и точность даже при больших размерах сканирования.
Режим True Non-contact™ основан на регистрации слабых ван-дер-ваальсовых сил притяжения между остриём зонда и поверхностью. Это позволяет избежать механического контакта, предотвращая повреждение деликатных структур — особенно критично для графена, перовскитов, органических полупроводников и других воздухочувствительных материалов.
Применение в науке и промышленности
NX-Hivac стал надёжным инструментом как в академических лабораториях, так и на производственных площадках. Он применяется для:
- Анализа отказов в полупроводниковых устройствах;
- Исследования 2D-материалов и гетероструктур;
- Характеризации катодов и анодов в энергетических материалах;
- Изучения поверхностных реакций в контролируемой среде.
Благодаря сочетанию высокого вакуума, бесконтактного сканирования и точной механики, NX-Hivac открывает доступ к данным, недоступным в обычных условиях, делая его незаменимым для передовых исследований будущего.