Микроскоп-микроанализатор РЭММА-2000

Микроскоп-микроанализатор РЭММА-2000 предназначен 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-2000 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

Область применения микроскопа: микроэлектроника и полупроводниковая техника, машиностроение и материаловедение, химия, геология, биология, медицина и др.

Конструктивные особенности

Растровый электронный микроскоп-микроанализатор РЭММА-2000 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 c катодом из гексаборида лантана (LaB6) или 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-2000 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.

• 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.

• Разрешающая способность кристалл-дифракционного спектрометра на линии Cu Ka, не более 5,5 10-3
• Разрешающая способность системы энергодисперсионного рентгеновского микроанализа на линии Mn Ka, эВ, не более 143
• 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, -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