Descripción
Scienta Omicron
Scienta Omicron XPS Systems
Scienta Omicron XPS Systems
ESCA 2SR
La solución ESCA llave en mano.
- Análisis elemental de alto rendimiento con máxima sensibilidad.
- Medidas automáticas rápidas de instantáneas
- Detector de 128 canales de última generación.
- Configuraciones flexibles para GCIB, UPS, ISS, etc.
- Interfaz a otros módulos, MBE, SPM, etc.
ESCA 2SR es un instrumento XPS versátil que permite la caracterización de la superficie mediante aplicaciones de XPS y ESCA de rutina y avanzadas.
Es un sistema fácil de usar que combina alta sensibilidad, excelente resolución de energía y alto rendimiento de muestra con un avanzado concepto de etapa de muestra optimizado para experimentos científicos de rutina y avanzados. El escenario maneja múltiples muestras finas y gruesas y se puede personalizar fácilmente para las necesidades individuales de un experimento específico que incluye opciones para calefacción y refrigeración.
El sistema ESCA 2SR incluye un detector de 128 canales de última generación, una fuente de rayos X monocromática de alta potencia dedicada de círculo de Rowland de 500 mm y una eficiente neutralización de carga. En la configuración básica se incluye una fuente de emisión de iones monoatómica.
La configuración del ESCA 2SR se puede expandir fácilmente para una fuente de iones en racimo, una fuente de rayos X de doble haz, una fuente de UV y varias instalaciones de preparación.
Sistema de vacío
El sistema ESCA 2SR incluye un sistema UHV llave en mano, conveniente de usar, que consta de una cámara de análisis de mu-metal y un bloqueo de carga de entrada rápida (FEL) de fácil acceso. Una rápida secuencia de bombeo proporciona tiempos cortos de transferencia de muestras. Se puede proporcionar almacenamiento de muestras in situ opcional para múltiples muestras.
El sistema tiene interfaces para conectar una cámara de preparación o un transporte de vacío. Otras opciones incluyen la conexión a una guantera o instalaciones UHV personalizadas para permitir extensiones de múltiples técnicas (por ejemplo, SPM o MBE). Además, la cámara de análisis incluye puertos adicionales para opciones de actualización, tales como una fuente de excitación UV para UPS, una fuente de iones de clúster para perfiles de profundidad de materiales sensibles, etc.
El sistema ESCA 2SR está equipado con Mistral, un centro de control de sistema PLC incorporado con pantalla táctil de 12 “y acceso a PC.
Manipulador y controlador de escenario.
El ESCA 2SR funciona con un portador de placa de muestra grande. El soporte permite el montaje de múltiples muestras y ofrece una gran flexibilidad para el tamaño y la forma de la muestra. Además, el instrumento puede operarse utilizando una platina de muestra dedicada para la rotación durante el perfilado en profundidad. Una gran variedad de otras opciones de escenario permite adaptar el escenario a las necesidades individuales.
Detalles del sistema
- Cámara de análisis de metal mu
- Sistema UHV controlado por computadora llave en mano
- Cierre de carga de entrada rápida con entrada de múltiples muestras
- Navegación de muestras asistida por cámara – Cámara de preparación opcional e instalaciones de tratamiento de muestras
Etapa de muestra
- Concepto de múltiples etapas automatizado
- Placa de muestra grande
- Soporte de muestra de rotación opcional – Calentamiento y enfriamiento de la muestra opcional
- Otras características de la etapa de muestra a pedido
Analizador Hemisférico
- Sistema de lentes de múltiples elementos con lente de compresión
- XPS de área grande y pequeña
- Adquisición de instantáneas y escaneados
- XPS de imágenes y mapeo de estado químico
- XPS de ángulo resuelto
Detector
- : detector de 128 canales con máxima sensibilidad
- Modo de instantánea rápida para espectroscopia e imagen
- Adquisición escaneada
Neutralización de carga
- neutralización controlada por ordenador
Fuentes de excitación
- Fuente de rayos X monocromada de alta potencia con un círculo Rowland de 500 mm
- Fuente de iones para perfilado y neutralización en profundidad e ISS
- Fuente de haz de iones de clúster de gas opcional – Fuente de rayos X de ánodo dual opcional Mg / Al
- Fuente de VUV opcional de alta intensidad
- Varias fuentes de electrones a pedido.
HAXPES-Lab
- Los rayos X duros a 9.25 keV abren una ventana para la fotoemisión sensible al volumen
- Analizador superior en HAXPES por el líder del mercado en el campo.
- Solución de laboratorio autónoma completa
HAXPES-Lab está diseñado para permitir mediciones de espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (HAXPES) en entornos de laboratorio estándar. El instrumento ofrece la posibilidad única de investigar propiedades a granel de diversos materiales, analizar interfaces enterradas y acceder a niveles centrales profundos. HAXPES-Lab es un sistema UHV fácil de usar y llave en mano que incluye una fuente de rayos X de metal líquido de Ga Liquid monocromada de 9.25 keV y un analizador de energía EW4000 que permite el análisis en el rango completo de energía cinética hasta 9252 eV.
La espectroscopia fotoelectrónica es una herramienta ideal para probar el estado químico de un material y, como tal, es cada vez más necesario investigar estructuras electrónicas de diversos materiales sólidos en el volumen, en superficies y en interfaces enterradas. Hasta ahora, las instalaciones de un laboratorio doméstico que sondea a granel y las interfaces enterradas no están disponibles comercialmente.
UPS y XPS han estado disponibles y son muy accesibles en décadas. Ambas técnicas son sensibles a la superficie y, por lo tanto, el campo de la fotoemisión ha sido considerado como una técnica de ciencia de la superficie. El desarrollo del campo de HAXPES, principalmente en grandes instalaciones de sincrotrón, cambió el campo de la fotoemisión para incluir el estudio de las propiedades a granel. La técnica HAXPES se ha vuelto valiosa y ha proporcionado nuevos conocimientos sobre las propiedades de los materiales. Como consecuencia, las líneas de luz que proporcionan HAXPES son populares y están muy reservadas. A partir de ahora la técnica también está disponible en su laboratorio.
Espectroscopia de fotoemisión a granel como un experimento de laboratorio doméstico
La trayectoria libre media inelástica (IMFP) de los fotoelectrones para energías de fotones por encima de 1000 eV aumenta con la energía cinética de los electrones aproximadamente como E kin 0.78 . Esto permite una profundidad de información significativamente mayor de la espectroscopía fotoelectrónica en el régimen de rayos X (HAXPES) comparado, por ejemplo, con sistemas XPS de laboratorio bastante sensibles a la superficie que utilizan la excitación de Al K α (hν = 1487 eV). Por lo tanto, HAXPES brinda la posibilidad de acceder a la información química desde la mayor parte de un material.
Esquema del sistema y características instrumentales
Hemos desarrollado un sistema de laboratorio único que utiliza una técnica de chorro de metal Ga monocromatizado que proporciona una energía de fotones de hν = 9.25 keV. Por lo tanto, es posible llevar la técnica de HAXPES sensible al volumen desde el sincrotrón al laboratorio doméstico.
El HAXPES-Lab está montado en un marco de banco rígido con una huella de pie muy pequeña a nivel del piso. El banco incluye instalaciones de soporte adecuadas para el analizador EW4000 y la alineación de la fuente de rayos X monocromática Ga Liquid Metal. El sistema de control Mistral se incluye para controlar todas las partes del sistema.
Este sistema de laboratorio doméstico abre posibilidades para las mediciones de HAXPES de forma regular, por lo que el tiempo de medición no se limita al valioso tiempo en los sincrotrones de todo el mundo.
Fuente de metal liquido ga
La fuente de rayos X Ga Kα monocromatizada de alta intensidad a 9.25 keV consiste en un ánodo de Ga líquido y un cristal monocromador de Si elipsoidal. El ánodo de Ga líquido se realiza a través de la probada técnica Excillum Metal Jet, en la que los electrones de 70 kV inciden en un chorro de alta presión de aleación de Ga fundida.
Analizador de electrones de alta energía cinética EW4000
El analizador de energía EW4000 es un espectrómetro de lente de gran angular que ofrece un ángulo de aceptación de 60 grados tanto en la transmisión como en el modo angular. La unidad se puede operar en modo fijo, donde se puede grabar un espectro en segundos tomando una instantánea de la imagen del detector, cubriendo el 8% de la energía de paso. La electrónica de alto voltaje proporciona condiciones ultra estables para mediciones precisas y confiables. La detección de electrones se caracteriza por un moderno sistema de detección de CCD-MCP digital de bajo ruido 2-D con un nivel de ruido de <0.01 cps / canal.
Primera prueba de medidas principales.
Los primeros resultados con el sistema prototipo HAXPES-Lab se han adquirido en muestras de Au y Si para mostrar las capacidades del nuevo producto.
Aplicaciones clave para HAXPES-Lab.
HAXPES proporciona una mayor profundidad de información y la posibilidad de acceder a la información química de la mayor parte del material, que se utilizó en varios experimentos recientes en líneas de haz de sincrotrón, incluida la investigación de:
- Interfaces enterradas en pilas de material en capas y dispositivos futuros, por ejemplo, células solares, interruptores resistivos, baterías
- Muestras reales, que describen muestras que no pueden someterse a ningún procedimiento de limpieza de superficies o preparaciones adicionales. Las mediciones de fotoemisión se pueden realizar a través de la contaminación potencial de la superficie.
- En dispositivos operativos. Para el desarrollo de futuros dispositivos de nanotecnología es favorable determinar los estados químicos de las capas activas debajo de un electrodo superior. Los dispositivos de trabajo pueden ser conmutados y medidos en funcionamiento.
Con HAXPES-Lab de Scienta Omicron, es posible realizar estos experimentos en el laboratorio doméstico sin la necesidad de solicitar tiempos de haz de sincrotrón.
Presupuesto
La configuración del núcleo incluye:
- Ga Kα fuente de rayos X de metal líquido:
– Energía de fotones hν = 9252 eV
Monocromador de rayos X de enfoque:
– Resolución ΔE <1 eV
– Potencia de hasta 200 W en un punto de 50 μm - Analizador HAXPES EW4000:
– Aceptación angular ± 30 °
– Resolución ΔE <100 meV a 10 keV
– Distancia de trabajo de 40 mm
– Detector 2D MCP / CCD - Camara de analisis
- Manipulador:
– 4 ejes (x / y / z, rotación polar)
– Calentamiento PBN (hasta 1170 K)
– Transferencia de muestra estilo bandera Omicron - Sistema de control:
– Sistema de control MISTRAL
– Software de medición SES
Los módulos opcionales están disponibles:
- Instalaciones preparaciones
- Fuente de Al K α
- Transferencia de muestras
- Guantera
- MBE
- etc.
Nanoesca
Ultimate ESCA & k-Space Imaging
- Resolución de XPS de última generación de imágenes: 500 nm / 100 nm (Lab / Synchroton)
- Fácil muestra de navegación mediante tecnología PEEM.
- Espectroscopia de pequeños puntos.
- Filtro de Energía Corregido Aberración
- Fuente de rayos X monocromática de alta potencia
- µARUPS con máxima aceptación del ángulo
- Creado en cooperación con FOCUS GmbH.
Diseño innovador
El NanoESCA ofrece mapas de estado químico con una resolución lateral XPS insuperable (<500 nm lograda en condiciones de laboratorio). El instrumento permite analizar las estructuras de muestra más pequeñas, lo que proporciona información sobre el estado químico más allá de los límites de otras técnicas de alta resolución lateral, como la barrena Auger y TOF SIMS.
La muestra de navegación en tiempo real está garantizada por la técnica PEEM que opera en el régimen de electrones secundarios. El modo PEEM permite encontrar características pequeñas fácilmente en un área de muestra grande y proporciona alta resolución (resolución <50 nm). Además, el modo PEEM proporciona información cuantitativa sobre la función de trabajo muy local y la carga de la muestra local.
Las capacidades de espectroscopía de NanoESCA se pueden completar con la opción µARUPS que permite analizar el espacio k desde áreas de µm, por ejemplo, pequeños granos en una superficie policristalina con la máxima aceptación angular.
Por su diseño revolucionario, NanoESCA recibió el premio R&D 100 de 2007.
En las últimas décadas, los instrumentos XPS estándar ( ESCA + ) han madurado hacia el análisis de muestras de rutina y el desarrollo de instrumentos está dominado principalmente por la integración de software y la facilidad de uso.
Los enfoques hacia una nueva instrumentación más allá del análisis de muestras de XPS de rutina han sido raros y las imágenes de XPS con resolución lateral por debajo de 1 µm permanecieron fuera del alcance durante mucho tiempo.
El enfoque único de una lente de entrada de alta resolución y el revolucionario concepto de analizador de energía (IDEA = analizador de energía doble hemisférico de imágenes) permitió a NanoESCA romper esta barrera. En contraste con la microscopía electrónica secundaria estándar (SEM) o la imagen PEEM de alta resolución lateral inducida por haz de rayos X (SXI), la resolución de energía excelente permite un análisis previo detallado de la muestra mucho más allá de la navegación pura de la muestra.
Como resultado, con NanoESCA, un instrumento verdaderamente diseñado para la obtención de imágenes, es posible una comprensión más profunda de la estructura de la muestra local, la química y la estructura electrónica.
Laboratorio y Uso de Sincrotrón.
NanoESCA con su récord mundial de resolución XPS de imágenes establece el punto de referencia para la resolución lateral en el laboratorio XPS. Las mejores condiciones de imagen están garantizadas por una fuente de múltiples ánodos de rayos X monocromados de alto flujo.
Otras fuentes de luz, por ejemplo, la fuente de UPS HIS 13 de foco fino, ofrece condiciones de laboratorio óptimas para UPS en el espacio real y en el espacio K, así como en la espectroscopia de banda de valencia.
Sin embargo, el NanoESCA también se puede utilizar con radiación de sincrotrón. El brillo más alto y la energía fotónica sintonizable de las fuentes de sincrotrón de hoy en día permiten operar el instrumento en condiciones óptimas dentro de la banda de energía de la fuente. Alta resolución lateral (<100 nm lograda para imágenes XPS) y experimentos adicionales como XAS resueltos lateralmente son posibles.
Navegación de muestra
El pico de electrones secundarios proporciona una alta intensidad en comparación con las intensidades de nivel de núcleo de XPS y UPS. NanoESCA aprovecha esto, utilizando el pico de alta intensidad para la navegación rápida de la muestra proporcionada por el modo PEEM. Además, se puede utilizar una lámpara de arco de mercurio para mejorar este efecto. El mapeo de electrones secundarios se puede usar para la visualización de la muestra en áreas grandes y pequeñas con un campo de visión de> 600 µm a 5 µm.
Acceso al espectro completo.
Un espectro de electrones fotoexcitados comienza con la emisión en el lado de baja energía y termina con el borde Fermi en el lado de alta energía. NanoESCA permite hacer uso del espectro completo. La mayoría de los espectrómetros disponibles en el mercado permiten un fácil acceso a las energías de UPS y XPS, mientras que el extremo de los electrones de baja energía sigue siendo difícil de analizar con una alta resolución lateral.
En contraste, NanoESCA también da acceso a electrones a partir de la muestra con energías cinéticas incluso por debajo de 0,1 eV utilizando un alto campo de extracción de varios miles de voltios entre la muestra y la lente de entrada. Como resultado, la información del ancho del espectro total (desde la emisión en el set hasta el borde de Fermi) y la energía de los fotones incidentes permiten extraer cuantitativamente la función de trabajo local. Esta valiosa información permite comprender la química local y la estructura de grano de la muestra con mayor detalle.
Modos de funcionamiento
Un flujo de trabajo típico para el análisis de una muestra desconocida se beneficia de los tres modos de operación (se muestra a la derecha) y encuentra respuestas a tres preguntas:
¿Dónde están las características interesantes?
Modo de microscopio de emisión fotoelectrónica (PEEM)
¿Qué elementos hay y cuánto de ellos?
Modo de espectroscopia de punto pequeño
¿Qué es el mapa elemental y la unión química?
Imágenes ESCA-Mode
XPS personalizado
MULTIPROBE MXPS XP del profesor Igor Shvets, Trinity College Dublin, Irlanda. El sistema MXPS está equipado con cámaras de análisis y preparación y un bloqueo de carga para la introducción rápida de muestras. Un analizador hemisférico EA 125 U5 con un monocromador XM 1000 y un neutralizador de carga CN 10 para XPS monocromático y una fuente HIS 13 VUV para UPS están montados en la cámara de análisis. La cámara de preparación está equipada con una fuente de pulverización catódica SPECTALEED de 4 rejillas e ISE 5 para la preparación de muestras. El análisis automatizado es controlado por el software CASCADE.
MULTIPROBE MXPS RM del grupo del Dr. Olivier Renault en el Instituto CEA-LETI, MINATEC Nanocharacterization Center en Francia. Este sistema XPS dedicado está equipado con cámaras de preparación y análisis personalizadas y un bloqueo de carga para la introducción rápida de muestras. Está diseñado para funcionar en un laboratorio o en una línea de haz de sincrotrón. La cámara de análisis está equipada con equipos de análisis de vanguardia para realizar análisis de XPS con resolución de ángulos. Incluye un manipulador de alto rendimiento refrigerado por helio líquido de 5 ejes, un analizador electrónico de alta resolución (EA125 U7 HR), una fuente de rayos X monocromada (XM 1000) así como una fuente de rayos X de doble ánodo (DAR 400), fuente de neutralización de carga (CN 10), perfil de profundidad (FIG 05) y UPS (HIS 13), y un LEED de 4 redes (SPEC 4).
MULTIPROBE MXPS con cámara de preparación de PLD para el grupo del profesor Weidong Wu en la Universidad de Ciencia y Tecnología del Suroeste de China. El sistema XPS permite el examen in situ de muestras cultivadas en la cámara de preparación de PLD. La cámara de análisis está equipada con un controlador AFM / STM y MATRIX, un analizador de electrones SPHERA U5, un monocromador de rayos X XM 1000, un cañón de electrones EKF 300 para la espectroscopia electrónica de barrena, una fuente de iones FIG 05 para el perfilado de profundidad y un HIS 13. Fuente VUV para mediciones UPS. El software CASCADE permite experimentos automatizados.
La cámara PLD está equipada con un manipulador de muestras PLD dedicado que puede funcionar en un ambiente rico en oxígeno a altas temperaturas. Además de la etapa objetivo con hasta 5 objetivos para el proceso de ablación con láser, un RHEED de alta presión permite la caracterización in situ de las películas cultivadas. Un bloqueo de carga para la muestra rápida y la introducción del objetivo se adjunta a la cámara PLD.
MULTIPROBE MXPS XP para el Dr. Chris Nicklin en Diamond Light Source en el Reino Unido. Este sistema consta de cámaras de análisis y preparación personalizadas y un bloqueo de carga para la introducción rápida de muestras. El análisis de la muestra se puede hacer con un espectrómetro LEED o un VT AFM XA junto con la unidad de control MATRIX de Omicron. Se incluye un analizador de electrones SPHERA U7 para espectroscopia de electrones junto con una fuente de rayos X monocromada (XM 1000) y una fuente de rayos X de ánodo dual (DAR 400). La espectroscopia de barrena se realiza utilizando la fuente de electrones EKF 300 y se incluye la fuente HIS 13 VUV para las mediciones de UPS.
Sistema MULTIPROBE MXPS para el grupo del Prof. Suemitsu en la Universidad de Tohoku en Japón. El sistema XPS está diseñado para albergar muestras de 2 pulgadas. Tiene cámaras de análisis y preparación personalizadas y un bloqueo de carga para la introducción rápida de muestras. Las muestras se procesan previamente en la cámara de preparación mediante una etapa de calentamiento a alta temperatura (> 1250 ° C) y se investigan inmediatamente con LEED (SPEC 4/254/45). Las muestras se analizan en la cámara de análisis en un manipulador de muestras de 5 ejes a alta temperatura mediante XPS utilizando un analizador de electrones EA 125 U5 junto con una fuente de rayos X de ánodo dual DAR 400. UPS se realiza utilizando la fuente HIS 13 VUV. El análisis estructural de la muestra se realiza en el STM de muestra grande (LS STM) utilizando el sistema de control MATRIX. El sistema está preparado para aceptar una futura actualización para convertirlo en un sistema XPS de alta presión.
Sistema MULTIPROBE MXPS con tres cámaras principales para espectroscopía electrónica, SPM y preparación de muestras. La cámara de espectroscopia de electrones incluye instrumentos de espectroscopía de última generación, como el analizador hemisférico Argus con un monocromador XM 1000, un neutralizador de carga CN 10 para XPS monocromático y una pistola de pulverización FDG 150.
Además, una pistola SEM de 500 nm permite el análisis a nanoescala y el análisis de barrido de barrido, el detector de deriva de silicio X-Max ofrece un mapeo EDS rápido y un análisis automatizado controlado por el software CASCADE y AZtec.
La cámara de preparación está equipada con una fuente de pulverización catódica SPECTALEED de 4 rejillas e ISE 5 para la preparación de muestras. Un subsistema separado permite el análisis estructural independiente de la muestra que se realiza en el Sample VT SPM utilizando el sistema de control MATRIX.
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