Лаборатория оптических методов исследования наноструктур

Комбинационное рассеяние света – это неупругое рассеяние фотонов на различных квазичастицах (фононах, плазмонах, магнонах) и элементарных электронных возбуждениях в твердом теле. Поскольку на основе этого физического явления реализована неразрушающая, экспрессная методика исследования для анализа химического и фазового состава веществ, структуры различных материалов, а также механических напряжений в твердом теле, то метод комбинационного рассеяния нашел широкое применение в различных областях физики, химии, биологии и геологии.

В АТИЦ применяется уникальный спектрометр комбинационного рассеяния света T64000 производства Horiba Jobin Yvon (Япония), в состав которого входят следующие компоненты:

- Тройной монохроматор с решетками 1800 штрихов на миллиметр позволяет работать в диапазоне от 300 до 900 нанометров;

- Оптическая схема с вычитанием дисперсии обеспечивает низкий уровень рассеянного света в приборе, и позволяет регистрировать спектры в низкочастотной области (начиная от 7 обратных сантиметров от лазерной линии);

- Многоканальный детектор (кремниевая CCD камера, охлаждаемая жидким азотом) позволяет регистрировать спектры в диапазоне до 600 обратных сантиметров (без дополнительного сканирования) с разрешением до 0.5 обратных сантиметров. Опция дополнительного сканирования позволяет охватить весь диапазон с возможностью регистрации спектров фотолюминесценции. Детектор отличается низкими темновыми шумами, что позволяет регистрировать сигналы с уровнем несколько фотонов в секунду;

- источник света – аргоновый лазер Spectra Physics Stabilite 2017, с основными линиями накачки 488 и 514.5 нанометров, отличается высокой стабильностью. Имеются также твёрдотельные лазеры с длинами волн 540, 633 и 660 нм;

- конфокальный микроскоп с опцией автоматического картографирования спектров в плоскости с латеральным разрешением 0.8 микрона и ручного картографирования по глубине с разрешением 5 микрон;

- Термо-ячейка Linkam, которая позволяет регистрировать спектры при температуре от 77 до 873 K. Имеются полуволновые и четвертьволновые пластинки и поляризаторы для анализа поляризации рассеянного света.

 

Инфракрасный Фурье спектрометр Симекс ФТ-801

Фурье-спектрометр ФТ-801 производства малого научного предприятия «СИМЕКС» (г. Новосибирск, Россия) имеет оригинальную оптическую схему интерферометра «двойной кошачий глаз», защищенную патентами РФ. Оптическая схема прибора отличается простотой и устойчивостью к разъюстировкам. Прибор является одним из самых компактных Фурье-спектрометров в мире. Спектральный диапазон прибора составляет от 600 до 5500 обратных сантиметров. Разрешение составляет в зависимости от скорости и амплитуды сканирования от 0.5 до 4 см-1.

Спектрометр оснащён микроскопом «МИКРАН» и приставками для исследования отражения и нарушенного полного внутреннего отражения.

Эллипсометры

Эллипсометрия - оптический метод исследования поверхности и характеризации тонкопленочных структур. Метод основан на анализе состояния поляризации отраженного света. Функционально эллипсометрическая аппаратура разделяется на несколько взаимно дополняющих классов. В АТИЦ задействованы несколько современных взаимодополняющих видов эллипсометров.

1. Спектральный эллипсометр состоит из следующих узлов: осветителя, излучающего свет в широком диапазоне спектра; плеч поляризатора и анализатора, в которых формируется поляризованный свет, падающий на образец, и анализируется отраженный пучок; гониометра с фиксированным набором углов падения света и предметного столика. Эллипсометр соединен с компьютером через USB-порт.

Технические характеристики:
- спектральный диапазон 250 – 1000 нм;
- спектральное разрешение 3 нм;
- размер светового пятна 4х8 мм;
- время измерения одного спектра – 20 с.

Программное обеспечение позволяет проводить измерения спектров, моделирование и содержит базу данных по оптическим спектрам различных материалов.

Спектральный эллипсометр предназначен для:
- исследования многослойных структур, состоящих из полупроводниковых, диэлектрических и металлических слоев в произвольном сочетании;
- измерения спектров оптических постоянных полупроводников, диэлектриков, металлов и других материалов;
- характеризации структурных и композиционных свойств материалов;
- исследования свойств поверхности (наличие загрязнений и остаточных слоев, микрорельефа и т.п.).

2. Эллипсометр высокого пространственного разрешения («МИКРОСКАН»). В состав эллипсометра входят: источник излучения (HeNe лазер); плечо поляризатора и плечо анализатора; гониометр, позволяющий осуществлять перестройку угла падения света в диапазоне от 45 до 90 градусов; микроскопическая насадка для фокусировки лазерного луча; моторизованный двухкоординатный предметный столик; автоколлиматор-микроскоп для визуализации и юстировки образца. Эллипсометр полностью автоматизирован и управляется от компьютера.

Технические характеристики:
- длина волны 632.8 нм;
- размер светового пятна 10 мкм;
- пределы перемещения столика по координатам 150х150 мм;
- среднее время сканирования по площади 10х10 мм – 1 мин.

Эллипсометр «МИКРОСКАН» предназначен для исследования локальных объектов, а также картирования оптических свойств по поверхности исследуемых образцов. Результаты измерения отображаются на экране компьютера в виде топограммы распределения эллипсометрических параметров или толщины и показателя преломления исследуемых слоёв, а также в виде профилей указанных характеристик для любого выбранного среза.

3. Вакуумно-эллипсометрический комплекс. Состоит из малогабаритной вакуумной камеры, снабженной нагревателем образцов, системой контроля температуры и состыкован с быстродействующим лазерным эллипсометром. Вакуумная камера укомплектована оптическими окнами для ввода и вывода зондирующего излучения. Электронная часть содержит пять каналов для параллельного считывания оптических характеристик и показаний термопары.

Комплекс предназначен для изучения оптических характеристик поверхности и тонких слоев в вакууме в широком интервале температур и изучения кинетики температурно-индуцированных процессов (плавления, кристаллизации, структурных превращений и т.п.).

Технические характеристики:
- остаточное давление 10-6 Па;
- температурный диапазон измерений от комнатной температуры до 1100°С;
- максимальная скорость нагрева 400 град/с;
- точность контроля температуры:
в диапазоне до 800 ±5°С,
в диапазоне от 800 до 1100 ±10°С;
- размеры исследуемого образца 10х3 мм;
- длина волны зондирующего света – 632.8 нм;
- быстродействие эллипсометрических измерений 1 мс.

 

Отделение: 
Диагностическое
Контакты: 

Володин Владимир Алексеевич
e-mail: volodin@isp.nsc.ru
тел.:+7 (383) 339-4296, +7(383)3332470

Азаров Иван Алексеевич
e-mail: azarov_ivan@mail.ru