МИНИЛАБ - 6

Аналитическая система для исследования наноструктур

Введение

               Рентгеновская рефлектометрия широко используется в современной науке и технологии для диагностики сверхгладких пленок нанометровой толщины – определения толщины слоев и шероховатости поверхностей, периода многослойных наноструктур и плотности поверхностных слоев. Рентгеновский рефлектометр «МиниЛаб-6», изготовленный Институтом рентгеновской оптики (ООО «ИРО»), является в настоящее время наиболее мощным прибором в своей области  благодаря его уникальной конструкции, обеспечивающей возможность одновременных измерений на нескольких длинах волн. Рентгеновский рефлектометр разработан специально для изучения тонких пленок, их поверхностей и переходных слоев. Но благодаря гибкой схеме  на приборе могут выполняться стандартные  рентгеновские измерения.

              Рентгеновский рефлектометр Института рентгеновской оптики основан на последних разработках в области полупрозрачных монохроматоров, поликапиллярной оптике Кумахова и уникальной запатентованной конструкции. Мы представляем настоящую Минилабораторию с не имеющей аналогов комбинацией аналитических возможностей.

Комплекс рентгеновских измерительных систем

5  основных методик:

¨      Рефлектометрия

¨      Дифрактометрия

¨      Рефрактометрия

¨      Малоугловое рассеяние

¨      Рентгено-флуоресцентный анализ

Попробуйте и воспользуйтесь преимуществами одновременных измерений на нескольких длинах волн.

Технические характеристики

Определяемые параметры:

 ¨      Поверхностная и межслоевая шероховатости (до 0.05 нм)

¨      Толщины тонких слоев (1 – 300 нм)

¨      Период структуры (от 0.1 нм)

¨      Плотность поверхностного слоя            

¨      Радиус и концентрация наночастиц   

¨      Состав слоев      

¨      Радиус кривизны (вплоть до 300 м)

¨       Период многослойных структур

Программное обеспечение для:

◊ системы управления прибором

◊ тестовой системы

◊ обработки данных рефлектометрии и рефрактометрии

◊ база данных по параметрам кристаллической решетки (по дополнительному запросу)

Гониометр:

Минимальный угловой шаг – 0.0002⁰ (0.7”)

Угловой диапазон – 145⁰ (2q - ось детектора);    - 180⁰ ( w - ось образца)

Линейное перемещение образца – диапазон 100 мм, шаг 2.5 мкм

Питание рентгеновской трубки:

Диапазон регулирования анодного напряжения -10-45 kV

Максимальная мощность – 300 Вт (500 Вт по дополнительному запросу)

Стабилизация мощности – 0,01%

Замкнутая система охлаждения дистиллированной водой

Детектирующая система:

◊ 3 сцинтилляционных канала

◊ Si энергодисперсионный детектор с системой охлаждения     Пельтье

Размеры, мм (длина x ширина x высота):

◊ Рефлектометр с опорной плитой - 1100 х 690 х 450

◊ Рабочий стол – 1200 ´ 700 ´ 780

◊ Прибор в защитном кожухе – 1230 ´ 980 ´ 1240

Вес системы, кг:

◊ Рефлектометр с опорной плитой– 35

◊ Прибор в защитном кожухе – 135

Новая запатентованная рентгено - оптическая схема
рентгеновской минилаборатории

Некоторые примеры применения

Изучение окисных слоев нанометровой толщины

Опция1:

Относительная рентгеновская рефлектометрия

В настоящее время возможно только на «МиниЛаб-6»

Уникальный метод увеличения контраста

Описание образца

Подложка: кремниевая пластина

Пленка: Ni (900 нм), нанесенная магнетронным распылением

Рис.1. Угловая зависимость отношения интенсивностей отраженного излучения на линиях CuK _a и CuK_b I(CuK_a)/I(CuK_b):

точки –эксперимент, сплошная кривая – расчетная кривая для случая вакуум – поверхность никеля.

ПРИМЕР 2          Исследование ионно - имплантированных слоев      

Описание образца

Подложка: Si  пластина с окисным слоем толщиной 42.5 нм

Рис.2. Угловая зависимость интенсивности отраженного излучения образца кремния, имплантированного ионами F⁺  при l₁=0,154 нм (1) and l₂=0,139 нм (2)

Рис. 3. Угловая зависимость отношения коэффициентов отражения R(l₁)/R(l₂) для образца кремния, имплантированного ионами F⁺  при l=0,154 нм и l=0,139 нм (2)

Появление контраста  в угловой зависимости отношения      
R _a / R_b в области 2q<1^o.

Опция 2:

Дифрактометрия

ПРИМЕР     2          

Схема

фокусировки по Брегг-Брентано

Образцы– порошки аспирина и цеолита

Рис. 2. q-2q дифрактограмма порошка аспирина.

ПРИМЕР 2          Исследование ионно - имплантированных слоев       Уникальный метод увеличения контраста

ПРИМЕР     3         

Провepка воспроизводимости

Опция 3:

Рентгеновская флюоресценция

ПРИМЕР  4         

Образец:

диск магнитной памяти CD

Детектор: кремниевый полупроводниковый детектор, 7 мм2

Источник излучения: Рентгеновская трубка с медным анодом, 30 кВ, 1 мА

Рис. 4. Спектр рентгеновской флуоресценции магнитного диска памяти CD.

Опция 4:

Рентгеновская рефракция

ПРИМЕР  5         

Описание образца

Подложка: Si пластина

Прямое определение плотности тонкой поверхностной пленки

Рис. 5. Рефрактограмма двухслойной структуры  C-Ni/Si, угол скольжения Θ=-0,08^o.