Оборудование УИЦ НТ НМСТ

УИЦ НТ НМСТ имеет две площадки – лабораторно-исследовательскую и лабораторно-технологическую.

Первая площадка представляет собой комплекс «чистых» помещений, включающий 6 комнат и занимающий площадь 200 м². Данный комплекс оснащен специализированной системой кондиционирования и очистки воздуха и соответствует 7 классу чистоты по ГОСТ Р ИСО 14644-1-2000.

В чистых помещениях расположено исследовательское и аналитическое следующее оборудование, для работы которого требуются чистые помещения:

· Зондовая нанолаборатория Ntegra Spectra (рисунок 1)

представляет собой интеграцию атомно-силового микроскопа с конфокальной микроскопией и спектроскопией комбинационного рассеяния (КР) (англ. Raman spectroscopy). Сочетание оптических и АСМ методов в одном приборе обеспечивает проведение комплексных экспериментов, в которых информация о распределении оптических свойств образца и его химического состава может быть наложена на его топографию, распределение электрических, магнитных и других свойств.

Рисунок 1 – Зондовая нанолаборатория Ntegra Spectra

«Интегра Спектра» позволяет исследовать оптические свойства образца за пределом дифракции с использованием методов АСМ, сканирующей ближнепольной оптической микроскопии (СБОМ) и КР-спектроскопии.

Методы исследований реализуемые на данном оборудовании:

o Методики АСМ для измерения механических, электрических, магнитных свойств в различных динамических и статических режимах;

o Широкопольная микроскопия и конфокальная лазерная (Рэлеевская) микроскопия (ист. лазера 488 нм);

o Конфокальная КР-спектроскопия;

o Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (СБОМ).

· Оже-электронный спектрометр Specs (рисунок 2)

Представляет собой сверхвысоковакуумный аналитический прибор Оже-электронной спектроcкопии (англ. Auger electron spectroscopy) и предназначен для элементного (кроме гелия и водорода) анализа поверхности образцов диаметром до 20 мм в условиях сверхвысокого вакуума (до 10^-8 Па).

Рисунок 2 – Оже-электронный спектрометр Specs

Прибор позволяет определять элементный состав поверхностного слоя образца, химические связи по энергетическому смещению спектров, а также проводить количественный концентрационный анализ химических элементов. Оснащен системой ионного травления (ионами аргона) для очистки поверхности от загрязнений, оксидов и др., а также осуществлять последовательное контролируемое травление по глубине с поэтапным анализом оже-электронов – получение концентрационного профиля элементов по глубине (до 1 мкм).

· Нанотехнологический комплекс НАНОФАБ-100 (рисунок 3)

представляет собой модульную технологическую платформу для формирования нанотехнологических комплексов (НТК) с кластерной компоновкой, включающих технологические установки с возможностями нанолокальных методов обработки и диагностики подложек диаметром до 100 мм в условиях сверхвысокого вакуума.

Рисунок 3 – Нанотехнологический комплекс НАНОФАБ-100

Имеющаяся комплектация представлена двумя модулями Сканирующей Зондовой Микроскопии (СЗМ) и Фокусированного Ионного Пучка (ФИП), а также камерами загрузки зондов и образцов.

Методы исследований реализуемые на данном оборудовании:

o зондовая микроскопия (сканирующая туннельная (СТМ) и атомно-силовая микроскопия (АСМ));

o ионно-пучковая обработка поверхности;

o ионная микроскопия;

o ионная нанолитография.

· ИК-спектральный эллипсометр IR-VASE

представляет собой оборудование для реализации метода эллипсометрии, который заключается в измерении изменения поляризации света после отражения от или прохождения через исследуемый образец. Метод позволяет измерять:

o оптические константы (n и k, ε1 и ε2);

o толщины плёнок (однослойных и многослойных);

o химический состав материала;

o концентрацию примеси;

o шероховатость поверхности и межслойную шероховатость;

o оптическую анизотропию;

o ширину запрещенной зоны для полупроводников;

o профиль характеристик материала по глубине.

· высоковакуумный зондовый микроскоп Jeol

представляет собой оборудование для реализации методов сканирующей туннельной и атомно-силовой микроскопии со сверхвысоким разрешением вплоть до 0,1 нм. Для обеспечения такого высокого разрешения прибор оснащен специализированной системой виброзащиты и имеет отдельную камеру загрузки образцов, систему вакуумного отжига и ионной чистки исследуемой поверхности.

· анализатор размеров частиц Microtrac Bluewave

представляет собой прибор для измерения размеров частиц порошков с размерами от 10 нм до 2 мм. В основе прибора лежит принцип определения размеров частиц по рассеянию света. Причем реализовано два метода – дифракция Фраунгофера и эффект Ми для сферических частиц. Использование этих двух методов, а также наличие в оптической схеме 3 лазеров позволяет проводить измерения в очень широком диапазоне размеров в жидкой и сухой средах частиц как сферической формы, так и неправильной формы.

· растровый электронный микроскоп Fei Phenom

представляет собой прибор для реализации метода сканирующей электронной микроскопии. Особенностью данного прибора является простота использования и минимальное время загрузки/выгрузки. Несмотря на не очень высокое максимальное разрешение (более 70 нм) и малое количество настроек данный микроскоп крайне удобен для проведения экспресс-анализа и для обучения студентов основам электронной микроскопии.

Вторая площадка является технологической и состоит из трех лабораторий общей площадью около 250 м². Данные лаборатории ориентированы, прежде всего, на отработку технологий ионной модификации поверхности и нанесения наноструктурированных покрытий различного назначения. Они оснащены установкой плазменно-дугового напыления покрытий Platit Pi80, и нанотехнологическим комплексом Нанофаб-100 с модулем лазерной абляции. Кроме модуля лазерной абляции в комплекс Нанофаб-100 входят модули плазмо-химического травления и наноразмерного ионного «гравирования» на основе системы фокусированных ионных пучков.

В третьей лаборатории расположены системы прецизионного измерения прочностных характеристик в широком диапазоне температур.

1. Перечень и краткие иллюстрированные описания специального оборудования и оборудования, введенного в эксплуатацию в 2012 г.

Специальное оборудование

Экспериментально-диагностический стенд для исследований деградации материалов в условиях воздействия факторов космического пространства

(МКФ-3М)

Сотрудники УИЦ НТ НМСТ еще до создания НОЦ проводили работы по ряду направлений. Одним из таких направлений являются работы по исследованию воздействия факторов космического пространства на различные материалы. В рамках НОЦ работы по данному направлению были продолжены. Доступ к современным методам исследований позволил получать больше информации для анализа процессов газовыделения и переосаждения компонентов газовыделения. Вместе с тем встала проблема с физическим моделированием данных процессов. Ранее для работ использовалось оборудование ОАО "Корпорация "КОМЕТА" (ранее ФГУП «ЦНИИ «Комета»), но для увеличения объемов исследований и отсутствия зависимости от другой организации было принято решение создать стенд для моделирования воздействия факторов космического пространства.

В основе стенда задействованы узлы комплекса Нанофаб-100. Кроме того вакуумно-откачной системы, системы контроля остаточной атмосферы в состав стенда входят исследовательские модули комплекса, так как само по себе воздействие не достаточно для понимания физики и кинетики процессов.

В настоящий момент стенд представляет собой вакуумную камеру (рисунок 4а) с система нагрева и охлаждения образцов (рисунок 4б) и конденсационных экранов, включает в себя микроаналитические весы для регистрации массопотери  и привеса конденсата, зондовые методы для исследования изменения поверхности образцов материалов и конденсационных экранов после термовакуумного воздействия и другие аналитические методы.

а – вакуумная камера; б – многоместный блок
Рисунок 4 –Установка МКФ-3М

В начале 2013 года стенд был модернизирован. Целью модернизации стала система охлаждения конденсационных экранов, которая была доработана для возможности охлаждения жидким азотом (рисунок 5). Это позволило получить в камере экстремально низкие температуры, как ещё один фактор космического пространства. Кроме того, в настоящее время стенд дооснащается ионным источником для моделирования воздействия атомарного кислорода. Последний является одним из наиболее значимых деградационных факторов открытого космоса на малых и средних Земных орбитах. Кроме того прорабатывается вопрос о добавлении источника ВУФ излучения, для моделирования максимально возможного количества факторов.

Кроме того необходимо отметить, что изначально стенд разрабатывался по модульной схеме с максимально гибкой конструкцией. Это позволяет находить применение данного стенда для решения задач не связанных с моделированием воздействия факторов открытого космоса, а требующих высокого вакуума (до 1∙10^-4 Па) и температурных воздействий (как нагрева, так и охлаждения). Так уже выполнялись работы, связанные с определением предельных характеристик термоэлектрических модулей Пельтье, а также работы  по исследованию вакуумной сушки твердосплавных заготовок из карбида вольфрама.

Рисунок 5 – Система подачи жидкого азота