Общий вид ПАЗЛ-3D

Атомно-зондовый томограф сочетает в себе два прибора - времяпролетный масс-спектрометр и проекционный микроскоп. Сочетание этих двух систем позволяет одновременно с высокой точностью определять химическую природу каждого элемента в образце и получать их трехмерное распределение.

Принцип работы прибора состоит в следующем - исследуемый образец по-атомно разделяется в сильном электрическом поле под действием импульсого воздействия (в данном случае лазерных импульсов), испаренные атомы (ионы) ускоряются в пролетном промежутке (что дает возможность методом масс-спектрометрии определить его химическую природу), а дальше, летя по прямой траектории, ионы попадают на позиционно-чувствительный детектор (что дает возможность, используя спец. алгоритмы, восстановить их положение в исследуемом образце). Поскольку для активации полевого испарения необходима высокая напряженность поля (примерно 50 В/нм), к образцу прикладывается постоянное напряжение в несколько киловольт, а сам образец в свою очередь изготавливается в виде иглы с радиусом при вершине примерно 20нм. Приложение постоянного потенциала позволяет понизить потенциальный барьер приповерхностных атомов, после чего испарение достигается кратковременным воздействием фемтосекундного лазера, который придает атомам решетки дополнительную энергию.

Размер исследуемой области в разработанном приборе составляет примерно 50×50×500 нм, при этом количество зарегистрированных атомов с одного образца находится в пределах (1÷60)×10⁶ атомов. Обработка данных эксперимента проводится на рабочих станциях с использованием специализированного программного обеспечения, разработанного в ИТЭФ, восстанавливающих исходную 3D структуру испаренного образца, химическую природу каждого испаренного атома и позволяющим анализировать особенности расположения атомов (например, поиск различных выделений, кластеров и т.п.).

К форме образцов-игл для томографических атомно-зондовых исследований предъявляются жесткие требования: помимо радиуса закругления 15÷20 нм, необходима конусность менее 11^о. Для получения необходимой формы, используется многоступенчатая система подготовки, включающая процесс нарезания штабиков размерами 300х300 мкм и длинной 1÷2 см, процесс предварительной электрополировки и электрополировки в «капле», и дальнейшее утонение импульсной полировкой. Качество приготовленных игл оценивается с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEOL–EM 1200 EX.

Атомно-зондовый томограф ПАЗЛ-3D является собственной разработкой лаборатории №321 в совокупности с программным обеспечением для обработки данных. Реализация этого комплекса демонстрирует глубокое понимание методики атомно-зондовой томографии и гарантирует высокое качество проводимых исследований.

Данный прибор (включая комплекс программного обеспечения по обработке данных и методику исследования различных материалов) находится в постоянной разработке и модернизации, что позволяет идти в ногу со временем с ведущими научными группами, занимающимися атомно-зондовой томографией.