Растровый электронный микроскоп РЭММА-102-02
Растровый электронный микроскоп-микроанализатор идеально подходит для решения широкого круга проблем в таких областях науки и техники как материаловедение, электроника, геология, медицина и др.
Высокие технические характеристики в растровом режиме и режиме микроанализа позволяют быстро и качественно исследовать топографию поверхности твердого тела с одновременным определением качественного и количественного элементного состава методом рентгеноспектрального анализа.
Рентгеноспектральный анализ не имеет себе равных по локальности (1 ч), чувствительности (10 - 100 ppm) и скорости проведения среди неразрушающих методов анализа для массивных и тонкопленочных образцов.
Прогнозирование прочностных и эксплуатационных характеристик металлов и сплавов, определение связи между свойствами вещества и особенностями его состава, изучение кристаллической структуры, различных дефектов не только в металлах, но и биологических объектах. Вот неполный круг задач решаемых с помощью микроанализаторов.
Электронный микроскоп РЭММА объединяет функции растрового электронного микроскопа высокого разрешения и рентгеновского микроанализатора и используется для исследования топографии поверхности различных объектов в твёрдой фазе и проведения рентгеноспектрального анализа элементного состава вещества по длинам волн и энергиям квантов характеристического рентгеновского излучения.
Область применения микроскопа: микроэлектроника и полупроводниковая техника, машиностроение и материаловедение, химия, геология, биология, медицина и др. Cостав и конструктивные особенности Растровый электронный микроскоп-микроанализатор РЭММА состоит из следующих блоков и систем:
- электронно-оптическая и вакуумная системы,
- видеоконтрольное устройство (ВКУ),
- система рентгеновского микроанализа,
- контрольные образцы.
Электронно-оптическая система - это:
- электронная пушка с термоэмиссионным вольфрамовым катодом с электромагнитной и механической юстировкой;
- двухлинзовая конденсорная система с магнитными шунтами для юстировки;
- привод для быстрой смены и установки на электронно-оптическую ось апертурной диафрагмы;
- двухщелевая объективная линза с низким коэффициентом аберрации.
- Коническая форма магнитопровода обеспечивает совмещение прецизионного растрового режима работы на рабочем отрезке 25 мм с микроанализом под углом выхода рентгеновского излучения 40o без нарушения башмака линзы;
- двухъярусная растровая отклоняющая система, восьмиполюсный стигматор, катушка динамической фокусировки, катушка электромагнитного перемещения растра;
- шлюзовое устройство для быстрой смены катодов без нарушения вакуума в камере образцов;
- большая камера образцов (296 × 360 × 273) мм3 с портами для детектора вторичных электронов, двух спектрометров волновой дисперсии, спектрометра энергетической дисперсии, шлюзового устройства, механизма перемещения объектов;
- устройство шлюзования образцов диаметром до 100 мм и высотой 18 мм;
- программно-управляемый механизм перемещения объектов.
Вакуумная система:
- два диффузионных насоса с водяным охлаждением производительностью 700 л/сек и 340 л/сек и два форнасоса пластинчато-роторного типа производительностью 5 л/сек обеспечивают рабочий вакуум в пушке и камере образцов;
- азотные ловушки на входе диффузионных насосов для уменьшения загрязнения образца;
- азотная ловушка в районе пушки для продления жизни катода;
- вакуумный демпфер позволяет отключать форнасос и тем самым уменьшать вибрации в режиме наблюдения и регистрации изображений высокого разрешения;
- выносной пульт ручного управления вакуумной системой;
- съёмные заглушки разделения вакуумного объёма камеры образцов и спектрометров волновой дисперсии с прозрачными окошками для выхода рентгеновского излучения.
Видеоконтрольное устройство (ВКУ) ВКУ разработано на основе цифровой техники и выполняет:
оцифровывание сигнала с детекторов и накопление в ОЗУ в режиме поточечного накопления;
медленное накопление и вывод на экран видеомонитора изображений в телевизионном стандарте, что не требует специального затемнения помещения при их визуальном наблюдении;
вывод на экран монитора информации о режиме работы микроскопа
цифровые развертки электронного луча на образце и на экране видеомонитора;
цифровые порты входа - выхода;
доступ ЭВМ к буферному ОЗУ с хранящейся там информацией, обеспечивающей дополнительную обработку видеосигнала (цифровая фильтрация, запись на жесткий диск и вывод кадра изображения на экран монитора ЭВМ);
распечатку кадра изображения на принтере;
компенсация увеличения и вращения изображения при изменении ускоряющего напряжения и рабочего расстояния.
Программное обеспечение
В комплект прибора РЭММА входят следующие программы управления и обрабатывания информации:
- программа управления видеоконтрольным устройством;
- программа качественного микроанализа спектрометрами WD;
- программа качественного микроанализа спектрометром ED;
- программа количественного микроанализа спектрометрами WD массивных полированных образцов;
- программа количественного микроанализа спектрометром ED массивных полированных образцов;
- программы распределения по профилю и площади спектрометрами WD и ED;
- программы документирования рентгеновских спектров и кадров изображения с помощью принтера;
- комплект тестовых программ.
Управление прибором, сбор, обработка, визуализация и хранение информации осуществляется персональным компьютером.
Контрольные образцы
РЭММА-2000 комплектуется следующими контрольными образцами для тестирования работы прибора в режимах вторичных электронов, отражённых электронов и рентгеновского микроанализа:
- набором тестовых образцов для калибровки увеличения электронно-оптического изображения;
- тестовыми образцами для разрешения во вторичных и отражённых электронах;
- набором тестовых образцов для калибровки шкалы энергий спектрометров ED и WD, тестирования режима количественного микроанализа;
В комплект прибора входит универсальный держатель на 45 эталонов для проведения количественного микроанализа.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
- Разрешающая способность в режиме ВЭ, нм, не более 5,0
- Диапазон изменения увеличения, крат 10 - 300000
- Диапазон изменения ускоряющих напряжений, кВ 0,2 - 40 регулировка от 0,2 до 5,0кВ через 50В, от 5 до 40кВ через 1кВ
- Относительная нестабильность ускоряющего напряжения за 10 мин, измеренная при 20кВ, не более 1 × 10-5
- Диапазон анализируемых элементов спектрометрами волновой дисперсии от бериллия(4) до урана(92)
- Приведенная интенсивность и контрастность аналитических линий на контрольном образце при проведении анализа кристалл-дифракционными спектрометрами не менее значений, указанных в таблице.
|
Обра-зец |
Эле-мент |
Спектр. линия |
Пор. отр. |
Крис-талл-анализ. |
Ускор. напр., кВ |
Прив. интенс. имп/с×мА |
Конт-раст-ность |
|
C |
C |
Ka |
1 |
PbSt |
10 |
2.5 × 104 |
30 |
|
Al |
Al |
Ka |
1 |
RAP |
20 |
8 × 105 |
600 |
|
Ti |
Ti |
Ka |
1 |
PET |
30 |
2.8 × 106 |
600 |
|
Fe |
Fe |
Ka |
1 |
LiF |
30 |
8 × 105 |
300 |
|
SiO2 |
O |
Ka |
1 |
MIR-030 |
10 |
5.5 × 104 |
30 |
|
BN |
N |
Ka |
1 |
MIR-040 |
10 |
1.1 × 104 |
10 |
|
C |
C |
Ka |
1 |
MIR-060 |
10 |
4.2 × 105 |
40 |
|
B13C2 |
B |
Ka |
1 |
MIR-090 |
10 |
6.1 × 104 |
30 |
|
Be |
Be |
Ka |
1 |
MIR-090 |
10 |
1.0 × 104 |
30 |
- Разрешающая способность кристалл-дифракционного спектрометра на линии Cu Ka, не более 5,5 × 10-3
- Диапазон анализируемых элементов спектрометром энергетической дисперсии от бора(5) до урана(92)
- Давление в колонне микроскопа, мПа, не более 1,33
- Время откачки микроскопа от атмосферного давления до давления 6,7мПа, мин., не более 30
- Время шлюзования объекта, мин, не более 5
Функциональные возможности и режимы работы ВКУ:
- развертка электронного зонда по большому и малому полям, с возможностью установки зонда в отмеченную маркером на изображении точку;
- вращение и электронное перемещение растра;
- деление экрана;
- отображение символьной информации об ускоряющем напряжении, увеличении, масштабной метке и ее длине, рабочем отрезке;
- электронная индикация линейных размеров объектов;
- обработка изображения дифференцированием, γ-коррекцией.
Сохранение увеличения изображения:
- при изменении ускоряющего напряжения от 5 до 30 кВ;
- при изменении рабочего расстояния от 8 до 50 мм
Универсальный механизм перемещения объектов обеспечивает
- установку образца максимальным диаметром не менее 100 мм;
- перемещение образца по координатам X, Y на ± 50мм с шагом не более 0,5 мкм;
- перемещение по координате Z на 40 мм с шагом не более 2 мкм;
- вращение образца на 360o;
- наклон платформы от минус 20o до 48o;
- точность позиционирования по координатам X, Y ± 1 мкм.
Требования к электропитанию:
- трехфазное напряжение (200 ± 22) В;
- частота питающей сети (50 ± 1) Гц;
- Потребляемая мощность, кВА, не более 3,5
- Габаритные размеры, мм, не более:
каркас с колонной и вакуумной системой 970×770×1735
устройство видеоконтрольное 800×1400×780
блок питания 500×560×750
система откачки (форнасос) 555×170×290
- Общая масса микроскопа, кг, не более 1300
- Параметры систем для эксплуатации микроскопа:
индивидуальный контур заземления с сопротивлением, Ом, не более 4
расход воды, л/мин, 3,5
давление воды в сети, кг/см2, 3-5
температура воды, oС 20 ± 5
число штуцеров для подвода воды 2
число штуцеров для слива воды 2
число штуцеров для выхлопа воздуха с форнасосов 2
- Требования к помещению для установки микроскопа:
площадь помещения, м2, не менее 20
температура воздуха в помещении, °С, 20 ± 5
относительная влажность, %, 50 - 80
уровень электромагнитного поля в диапазоне частот 50-400 Гц на расстоянии 5 см от колонны, мкТ, не более 0,3
уровень вибраций пола в диапазоне частот 5-20 Гц, мкм, не более 5
ширина входной двери, мм, не менее 1200
|
