Caratterizzazione superficiale

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1 è una società sud coreana, produttrice di microscopi a forza atomica (AFM) fondata nel 1997 dal Dr. Sang-il Park, denominata PSIA (Park Scientific Instruments Advanced) fino all aprile La più che ventennale esperienza di progettazione del Dr. Sang-il Park, costituisce il nucleo di forza di questa società nello sviluppo della tecnologia dei Microscopi a Forza Atomica. La storia della arriva, attraverso diverse denominazioni, acquisizioni e fusioni, sino alle origini ed alla nascita della tecnologia AFM. I Microscopi della serie XE rappresentano la terza generazione di strumenti realizzata dal team del Dr. Park e sono il risultato di molti anni di intensa attività di ricerca e sviluppo. A seguito dell esperienza accumulata con le due precedenti generazioni la serie XE, grazie alle sue peculiari ed innovative caratteristiche metrologiche, rappresenta indiscutibilmente un punto di riferimento nello scenario attuale della tecnologia AFM. Caratterizzazione superficiale Il 21esimo secolo è l era delle Nanotecnologie. Assieme alle Biotecnologie e alle Tecnologie Informatiche, le Nanotecnologie promettono profondi impatti e cambiamenti in molte aree della vita quotidiana. In questo contesto la si propone di essere la Società Leader nella misura e caratterizzazione dei Nanosistemi attraverso l implementazione e la diffusione delle proprie tecnologie sia nei settori industriali che nella Ricerca e Sviluppo di base.

2 La Tecnologia AFM Caratterizzazione superficiale Il microscopio AFM fu creato nel 1986 da Binning, Quate e Berger all Università di Stanford (USA). Attraverso le alte risoluzioni spaziali che può raggiungere può risolvere strutture dell ordine dei reticoli atomici ed ottenere immagini con una risoluzione 1000 volte più elevata rispetto alle tecniche ottiche, inoltre non richiede preparazioni particolari del campione che può essere visualizzato direttamente in aria. Queste caratteristiche di base ne hanno consentito negli anni la sempre più ampia diffusione e commercializzazione. Nei sistemi AFM convenzionali però esistono delle severe limitazioni legate all utilizzo dei motori piezoelettrici che sono dei componenti essenziali dell AFM. In particolare, i motori piezoelettrici convenzionali non sono attuatori ortogonali di movimento 3D. Ciò significa che il tipico movimento di questi oggetti introduce durante la scansione, errori di posizione e curvature indesiderate. Schema esemplificativo dell hardware dei Microscopi della Serie XE Nella terza generazione di strumenti sviluppati dal Dr. Park, la serie XE, queste pesanti limitazioni sono state finalmente superate. In particolare gli assi di movimento XY sono stati completamente disaccoppiati dall asse Z. In questo modo è possibile realizzare sul piano XY un reale trasduttore ortogonale di posizione che non introduce curvature durante la scansione eliminando così alla radice la necessità di calibrazioni, operazioni di rimozioni della curvatura etc. Per quanto riguarda l asse Z invece è possibile guidare quest ultimo a velocità molto più elevate rispetto ai motori convenzionali rendendo così accessibile la nuova modalità di lavoro True Non Contact Mode. Schema di un AFM convenzionale, di motore piezoelettrico e tipica curvatura associata al suo movimento di scansione. Inoltre con i piezoelettrici convenzionali non si possono ottenere elevate velocità di risposta sull asse Z, rendendo così inaccessibile l utilizzo della modalità Non Contact Mode. Inoltre, la particolare geometria costruttiva consente un accesso ottico diretto e naturale al campione migliorando così la fruibilità dello strumento. In questo modo è anche possibile utilizzare obiettivi ottici ad alto ingrandimento che consentono di ottere risoluzioni dell ordine di 1µm molto utili per orientarsi sul campione e trovare rapidamente l area di interesse.

3 Microscopi serie XE Microscopio XE-70 Versione entry level del modello XE 100, l XE 70 ha un design meccanico molto compatto, è adatto per campioni di dimensioni medio/piccole ed include tutti gli elementi essenziali e più importanti della tecnologia Park, solo il sistema ottico Caratteristiche principali è manuale anzichè Disegno meccanico compatto motorizzato come nell XE 100. Stage ottico manuale Completamente aggiornabile Sistema completo con la nuova elettronica della serie XE a basso rumore Microscopio XE-100 L XE-100 è il modello di riferimento nella serie Park. È un prodotto di grande rapporto qualità prezzo e rappresenta la soluzione più avanzata di analisi AFM, SPM per la metrologia in Non Contact mode in nanoscala. È adatto per campioni piccoli o medio piccoli e per applicazioni quali data storage, semiconduttori, nanoscienze, scienza dei materiali, polimeri, elettrochimica. Caratteristiche principali Stage ottico motorizzato Massima facilità d uso Supporta tutte le modalità di lavoro Supporta tutte le opzioni XE Controllore XE a basso rumore Microscopio XE-150 Con l introduzione del sistema XE-150 è ora possibile la gestione di campioni di grandi dimensioni con l accuratezza e l affidabilità della tecnologia XE. Lo stage XY è motorizzato e può gestire campioni fino a 150 x 150 x 27,5mm potendo Caratteristiche principali esaminare qualunque punto all inter- AFM di utilizzo generale per campioni di grandi dimensioni Tavolino XY motorizzato con intervallo di movimento 150 x no dell intervallo di 150mm scansione. Supporta wafers fino a 6 pollici Opzionalmente è Sistema avanzato di isolamento acustico possibile utilizzare Controllore Xe a basso rumore un estensione della scansione fino a 200 x 200 mm.

4 Microscopio XE SNOM L XE SNOM è l ultimo prodotto inserito nelle linea XE. È realizzato in modo specifico per le misure di tipo ottico avanzato quali la Near Field Scanning Optical Microscopy (NSOM), la Spettrometria Raman e la Microscopia Confocale. L XE SNOM include un sistema AFM completo dotato di grande accessibilità ottica al campione. Al contrario di sistemi convenzionali che utilizzano tuning fork per mantenere lo shear force Caratteristiche principali Integrazione rapida e semplificata di configurazioni di feedback, l XE SNOM misura ottiche utilizza il ben collaudato sistema a feedback Versatilità di utilizzo dello SNOM in riflessione/trasmissione ottico già disponibile Facilità di allineamento degli assi ottici e dei rivelatori ottici nella tecnologia degli Facilità di integrazione con altre tecniche quali Raman e AFM XE. Confocale Caratteristiche tecniche Microscopi serie XE Modello XE-70 XE-100 XE-150 XE SNOM Meccanica Scanner XY 50μm x 50 μm con closed loop feedback 100 x 100 μm con closed loop feedback Risoluzione in XY <0.02 nm con loop aperto <0.6 nm con loop chiuso <0.04 nm con loop aperto <1 nm con loop chiuso Scanner Z 12 μm (opzionale: 25 μm) Rumore di fondo 0.02 nm Ortogonalità dello scanner XY con lo <1.0 tipica scanner Z Escursione al di fuori del piano di scansione XY Tipo di testa AFM Escursione tavolino portacampioni Visione ottica diretta in asse Processore ADC/DAC Comunicazione < 1nm su 50 μm di scansione in X o Y < 2nm su 100 μm di scansione in X o Y. XE SLD/LD/Testa ottica 25mm in XY e 30 mm in Z 150 mm in XY e 27.5 mm in Z. 800 ingrandimenti del campione e della levetta Elettronica Texas Instrument DSP da 600 MHz e 4800 MIPS risoluzione a 16-bit a 500 khz di campionamento Connessione al PC via TCP/IP < 4nm su 100 μm di scansione in X o Y. 40 mm in XY e 30 mm in Z. Modalità di misura degli AFM della Serie XE Modalità standard Modalità avanzate True Non Contact AFM Conductive AFM and I-V spectroscopy Contact Mode e Dynamic Force Microscopy Electrical Force Microscopy (EFM)/DC-EFM Lateral Force Microscopy Force Modulation Microscopy (FMM) Spettroscopia Force vs Distance Magnetic Force Microscopy (MFM) Phase Imaging Scanning Capacitance Microscopy (SCM) Scanning Thermal Microscopy (SThM) Scanning Spread-Resistance Microscopy (SSRM) Nano-indentation Nanolithography Nanomanipulation

5 Vantaggi tecnologici della serie XE Tecnologia Vantaggi Esempi Scanner X,Y disaccoppiato da Z Nessuna curvatura di background, non è necessaria la calibrazione di scansione Elevata qualità metrologica dei dati acquisiti Scanner XY con X e Y indipendenti Z disaccoppiato Le immagini in X e Y sono equivalenti, non vi sono fenomeni di influenza reciproca di X e Y nella formazione dell immagine Alta velocità di reazione, True Non Contact Mode accessibile La punta non si deteriora durante la scansione Esempio di immagine acquisita senza calibrazioni o rimozioni della curvatura di scansione e senza elaborazione digitale Immagini ottenute in X e Y e relativa immagine sottratta Esempio di punta Utrasharp prima e dopo l acquisizione di 20 immagini in Non Contact Mode Accesso ottico sull asse Z completamente libero Facilità di posizionamento ed ingaggio punta sul campione Software XEI di analisi immagine Elaborazione moderna, potente ed intuitiva dei risultati possibile anche mentre si eseguono scansioni Esempio di visione punta AFM e campione Punte premontate su supporto magnetico Ridotti tempi di cambio punta e riallineamento laser Elaborazione off line immagini AFM con XEI Esempio di cambio punta premontata

6 Sistemi Industriali Caratterizzazione superficiale La capacità progettuale ed il consistente know how accumulato negli anni della trova piena e naturale realizzazione nella linea di prodotti dedicati alla metrologia industriale per grandi volumi. Tutte le soluzioni innovative introdotte nella serie XE vengono sfruttate interamente anche nel settore della metrologia industriale. I sistemi per metrologia industriale sono suddivisi per tipologia metrologica e vengono sinteticamente riportati qui seguito. XE-HDD PTR XE-3DM Sistema industriale per applicazioni metrologiche Sistema industriale specifico per la misura delle degli hard disks e della struttura PTR (Pole Tip pareti verticali e delle strutture a sbalzo Recession). (overhang). XE-200/300 Sistema industriale specifico per applicazioni metrologiche su wafers da 6 o 8 pollici per Semiconduttori. XE-LCD Sistema industriale specifico per la misura degli schermi LCD (Liquid Crystal Display). Accessori La fornisce una vasta gamma di accessori sia hardware che software che può essere utilizzata con tutti gli strumenti della serie XE, di seguito vengono riportati le opzioni di utlizzo più comune. Testa AFM con 25 µm di scansione su Z Cella Elettrochimica Signal Access Module Testa Ottica per SNOM Testa Hysitron Triboscope per Nanoindentazioni Cella liquida dinamica Braccio di sostegno levetta con clip Braccio di sostegno levetta per liquidi Tavolini raffreddanti e riscaldanti Isolatori Acustici Generatori di campo magnetico esterno