Kryogene Probe Stationer - Mikroskoper og Belysning muligheder for Kryogene Probe Stationer fra Lake Shore Cryotronics

:: AZoNanotechnology artikel

Emner, der

Baggrund
Indledning
Microscope Optioner
Microscope Specifikationer
Stærkt reflekterende overflade billeder
Diffuse Surface billeder
Opløsning
Probe Station Dimensioner
Konklusion
Anerkendelser

Baggrund

Lake Shore Cryotronics, Inc. er en privatejet virksomhed, der har været en international førende i udviklingen af innovative måling og kontrol teknologi siden 1968. Lake Shore 's filosofi har været at fortsætte med at geninvestere i sig selv med et forsknings-og udviklingsbudget, der er 100 procent over landsgennemsnittet for instrumentering virksomheder.

Indledning

Lake Shore kryogene sonde stationer findes i en bred vifte af modeller og kapaciteter. Disse instrumenter give videnskabsfolk og forskere til at undersøge en bred vifte af materialer i ekstreme miljøer. En optisk mikroskop, der følger med sonden stationen tillader visning og placering af sonden tips om prøven kontakter. Dette notat beskriver udvælgelsen af sonden stationen mikroskop muligheder og en kort diskuterer faktorer forskere bør overveje, når du vælger et mikroskop mulighed.

Mikroskop specifikationer vil blive gennemgået og relateret til billedkvalitet. Valget af lyskilde muligheder vil blive undersøgt, og retningslinjer baseret på prøveoverfladen ejendomme vil blive præsenteret. Endelig vil vi præsentere et sæt af mikroskop og sonde station dimensioner, som brugerne kan udvikle deres egen optiske interfaces.

Microscope Optioner

Lake Shore tilbyder fire forskellige mikroskoper til brug på kryogene sonde stationer . Der findes to forskellige zoom-muligheder, hver med to valg af belysning. Zoom er forholdet mellem den forstørrelse ændre tilgængelige for mikroskopet. De to tilgængelige Zoom 70 (07:01 ratio) og Zoom 160 (16:01 ratio). De to muligheder for belysning er en ring lys (figur 1) eller koaksial belysning (figur 2).

Figur 1. Zoom 70 med ring belysning option

Figur 2. Zoom 160 med coaxial belysning option

Arbejdsgruppen afstand af et mikroskop er afstanden fra den sidste optisk element til brændplanet. Mikroskopet er udenfor vakuumkammeret af sonden stationen . Brændplanet skal være på prøve scenen, så distancen til mikroskopet skal være store. Arbejdsgruppen distance til alle sonde stationer med undtagelse af den vandrette feltet superledende magnet sonde station og elektromagnet sonden stationen er 89 mm for koaksial muligheder for belysning. For ringen muligheder for belysning, er arbejderklassen afstanden øges til 114 mm for at imødekomme den ekstra plads til at montere ringen lys. For den vandrette feltet superledende magnet sonde station og elektromagnet sonden stationen arbejdsmiljøet afstanden øges til 181 mm for begge lyskilder. Dette er nødvendigt på grund af den øgede kammer højden af disse to sonde stationer . Effekten af ​​det store arbejde afstanden er forstørrelsen begrænsning af mikroskop. I det næste afsnit, er de detaljerede specifikationer af mikroskoper sammenfattes.

Den koaksiale lyskilde er designet til at belyse prøven med lys vinkelret på prøven. Hvis prøven er meget reflekterende, næsten al lyset reflekteres fra overfladen tilbage i mikroskop. Sammenlign dette med refleksion fra en diffus overflade. Lyset reflekteres i alle retninger (cosinus loven), og lidt af det reflekterede lys finder vej tilbage i mikroskop. Lyset reflekteres fra diffuse overflade er overvældet af det reflekterede lys fra vinduer i sonden stationen. Billedet af diffuse overflader med coaxial lyskilde mangler kontrast.

Lige det modsatte gælder for ringen lys. Lyskilden er en ring monteret omkring mikroskop. På meget reflekterende flader, savner det reflekterede lys fra ringen mikroskopet elementer. Billedet af meget reflekterende flader er mørk med ringen lys. Men fra diffuse overflader, afspejler det spredte lys i alle retninger. De refleksioner fra vinduerne primært gå glip af mikroskopet, der giver gode billeder af diffuse overflader med ringen lys. Brug af ringen lys på diffuse overflader giver også skygger og et 3D-billede effekt.

Hver mikroskopet er forsynet med et CCD-kamera (som monteres på mikroskopet med en standard C-mount) og overvåge.

Microscope Specifikationer

Den optiske specifikation for hver af de mikroskoper er sammenfattet i Tabel 3. Forstørrelsen specifikationen er den optiske forstørrelse af mikroskopet og omfatter ikke den forstørrelse af CCD-kameraet. Synsfeltet, numeriske åbning, og dybden af ​​fokus afhænger af zoom indstilling af mikroskopet. Tabellen viser de værdier ved mindste forstørrelse (zoom) og ved maksimal forstørrelse (zoom). Disse variabler varierer kontinuerligt med zoom fra minimum zoom til maksimal zoom.

Tabel 3. Resumé af mikroskop specifikationer

* Typisk - opløsning er station konfiguration og driftstilstand-afhængige

Stærkt reflekterende overflade billeder

Det første eksempel er et meget reflekterende overflade af et magnetisk tunnel krydset. Figur 3 er det billede gennem en zoom 70 mikroskop med koaksial belysning. Forstørrelsen er den mindste værdi. De fire guld cirkler er oversiden kontakter. Diametre af kontakterne er 100 mM, 50 μm, 25 m og 10 ìm.

Figur 3. Meget reflekterende overflade gennem en zoom-70 med et coaxial lys

Figur 4 er den samme prøve gennem et zoom 70 mikroskop med en ring lys. Bemærk, at billedet er meget mørkere og 10 ìm kontakt er næsten løst. Da forstørrelsen er øget mangel på kontrast oversiden kontakten bliver værre.

Figur 4. Stærkt reflekterende overflade gennem en zoom-70 med en ring lys

Diffuse Surface billeder

Figur 5 er billedet af en overflade-monteret FET gennem en zoom-70 med et koaksialt lys. Figur 6 er det samme FET med en ring lys. Bemærk, at med koaksial kilden billedet mangler kontrast og enhver farve. Med ringen lys, er farverne gengives korrekt med god kontrast og skygger.

Figur 5. Ssurface monteret FET gennem en zoom-70 med et koaksialt lys.

Figur 6. påmonterede FET gennem en zoom-70 med en ring lys

Opløsning

Resolutionen af mikroskopet, afhænger af en række forskellige parametre, herunder vibrationer i sonden stationen montering, den nøjagtige anvendte mikroskop, og kvaliteten af CCD-kamera, blandt andre. Figur 7 er et billede af en USAF 1951 opløsning testmønster viser grupperne 6 og 7. Afstanden mellem linierne for gruppe 6 kørsler fra 7,3 μm til 4,3 μm. Afstanden mellem linierne for grupper 7 kører fra 3,9 μm til 2,2 μm. Dette billede er gennem en zoom-70 ved maksimal zoom med en ring lys. Opløsningen er omkring 4 μm. Mønstret er et negativt mønster (linjerne er glasset regionen og mellem linjerne er metal). Figur 8 er de samme mål ved hjælp af zoom 70 med et koaksialt lys. Resolutionen er omkring 3 m. Figur 9 er de samme mål ved hjælp af en zoom-160 med en ring lys. Opløsningen er omkring 4 μm. Figur 10 er de samme mål ved hjælp af en zoom-160 med et koaksialt lys. Resolutionen er omkring 2 μm.

Figur 7 USAF 1951 opløsning testmønster viser grupperne 6 og 7 gennem en Z70 ved maksimal zoom med en ring lys. Testmønstret er et negativt billede

Figur 8 USAF 1951 opløsning testmønster viser grupperne 6 og 7 gennem en Z70 ved maksimal zoom med et koaksialt lys. Testmønstret er et negativt billede.

Figur 9. USAF 1951 opløsning testmønster viser grupperne 6 og 7 gennem en Z160 ved maksimal zoom med en ring lys.

. Figur 10 USAF 1951 opløsning testmønster viser grupper 6 og 7 gennem en Z160 ved maksimal zoom med en koaksial lys; testmønstret er et negativt billede

Probe Station Dimensioner

Figur 11 er et sammendrag af den arbejdende højden af mikroskoper og dimensionerne af sonden stationen kammer låg for at prøve scenen. Det kan være en hjælp for forskere, der ønsker at designe deres egen optiske tilbehør.

Figur 11. Resumé af arbejdshøjde af mikroskoper

Tabel 2. Dimensioner af sonden stationen kammer låg for at prøve scenen

Konklusion

Dette notat har beskrevet mikroskoper og muligheder til rådighed for Lake Shore kryogene sonde stationer . Retningslinjer og specifikationer for valg et mikroskop og muligheder for belysning er blevet præsenteret.

Anerkendelser

Lake Shore vil gerne takke Dr. John Xiao fra University of Delaware for at levere den magnetiske tunnelen krydset billeder, der anvendes i denne note.

Kilde Lake Shore Cryotronics

For mere information om denne kilde kan du besøge Lake Shore Cryotronics