Симулятор установки по формированию нанострутурированных материалов методом кластерного осаждения
Ознакомление с установкой

Подготовка и проведение виртуального эксперимента

Общие сведения об установке

Установка по формированию наноструктурированных материалов методом кластерного осаждения и их комплексного фазово-структурного анализа представляет собой уникальный научно-исследовательский комплекс, созданный на базе источника осаждения нанокластеров Nanogen-50 с квадрупольным масс-фильтром MesoQ (Mantis Deposition Ltd., Великобритания), интегрированный в СВВ систему анализа поверхности Multiprobe MXPS VT AFM (Omicron NanoTechnology GmbH, Германия).

Установка размещена в лаборатории сверхвысоковакуумной сканирующей микроскопии Научно-образовательного центра по направлению «нанотехнологии» НИЯУ МИФИ. Комплекс оснащен системой обеспечения виброизоляции и размещен на независимом фундаменте. Бесперебойная работа системы обеспечена источником бесперебойного питания INELT Monolith XS 20 с точностью стабилизации напряжения ±2% и стабилизатором входного напряжения LIDER PS 15SQ-15 с мощностью 15 кВА и точностью стабилизации ±0.9%. Для обеспечения водяного охлаждения от оборотного контура с холодильной установкой Hitema (Италия) разработана система распределения подачи воды в зону агрегации источника нанокластеров, турбомолекулярного насоса, а также источник электронно-лучевого напыления и рентгеновскую пушку.

Общий вид СВВ системы Multiprobe MXPS VT AF с источником нанокластеров Nanogen-50 и квадрупольным масс-фильтром MesoQ

Схема комплекса на базе установки по формированию наноструктурированных материалов методом кластерного осаждения и их комплексного фазово-структурного анализа

Управление комплексом производится путем напуска газа в зону агрегации нанокластерного источника, включением магнетронного источника. После задания рабочих параметров (поток газа, мощность магнетронного источника, размер зоны агрегацуии) в нанокластерном источнике происходит магнетронное распыление мишени и формирование нанокластеров материала мишени в потоке инертного газа (аргон). Регистрация спектра нанокластеров осуществляется масс-спектрометром MesoQ.

Основные параметры установки Nanogen-50:

  • используемые материалы для формирования нанокластеров: металлы
  • диапазон размеров формируемых нанокластеров 1÷15 нм с дисперсией ±15%
  • диапазон анализируемых масс-спектрометром масс 2 ÷ 1 000 000 а.е.м., разрешение ±2%
  • метод формирования нанокластеров: магнетронное распыление мишени, зародышеобразование и рост кластеров в потоке буферного инертного газа
  • метод анализа кластеров по размерам: измерение масс-спектра заряженных кластеров с помощью квадрупольного масс-спектрометра
  • используемые буферные газы: аргон, гелий
  • температура в зоне агрегации: 9°С при водяном охлаждении
  • давление в камере: ~10-2÷10-4 мбар при включенном турбомолекулярном насосе
  • контроль плазмы в зоне агрегации: оптический спектрометр в диапазоне длин волн 200÷850 нм

Режимы работы установки Nanogen-50:

  • формирование нанокластеров металлов в газовой фазе при распылении металлической мишени и их осаждение на поверхность подложки;
  • сепарация нанокластеров металлов по массе с помощью квадрупольного масс-спектрометра и осаждение кластеров заданного размера на поверхность подложки;

Аналитические возможности СВВ системы анализа поверхности Omicron Multiprobe MXPS VT AFM:

  • исследование морфологии поверхности методом сканирующей туннельной микроскопии;
  • исследование морфологии поверхности методом атомно-силовой микроскопии;
  • исследование электронной структуры поверхности методом сканирующей туннельной спектроскопии;
  • исследование элементного и химического состава методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии;
  • исследование образцов методом спектроскопии упругого рассеяния электронов;
  • исследование образцов методом спектроскопии характеристических потерь энергии электронов;
  • анализ образцов методами сканирующей зондовой микроскопии (СТМ, СТС, АСМ) при низких температурах (до 25 К).