УНУ «Научно-образовательный тренировочный комплекс подготовки и проведения синхротронных исследований» представляет собой необходимый набор оборудования для проведения предварительных синхротронных исследований и тестирования рентгеновской оптики.

УНУ включает в свой состав Научно-образовательный исследовательский комплекс «SynchrotronLike».

Комплекс представляет собой 4 основных блока

1. Микрофокусный рентгеновский источник MetalJet D2+ 70kV от компании Excillum [1].
Отличительной особенностью данного источника является использование жидкого сплава галлия и индия в качестве анода. Благодаря регенеративным свойствам жидкой формы и высокой скорости перемещения анод способен выдерживать высокие термические нагрузки порядка 800 кВт/мм2 в режиме работы 24/7 без какого-либо ухудшения качества пучка. Это обеспечивает высокую яркость источника на уровне 1010-1011 фотонов/сек/мм2/мрад2/(0.1%Δλ/λ), что соизмеримо с яркостью поворотного магнита синхротрона [2] и на порядок выше чем у стандартных рентгеновских трубок с твердым анодом. Минимальный размер источника рентгеновского излучения составляет 5 мкм, а максимальная мощность электронной пушки равна 250 Вт. Благодаря маленькому размеру источника пространственная когерентность излучения достаточно высокая для формирования фазового контраста в рентгеновской микроскопии.

Основные технические характеристики:

1. ускоряющее напряжение – 10-70 кВ;
2. мощность – 300 Вт;
3. минимальный фокальный размер пятна – 5 мкм;
4. максимальная яркость – 1.5∙1011 [Ph/(s∙mm2∙mrad2∙line)]
5. стабильность эмиссии – менее 1 %;
6. минимальное фокусное расстояние до объекта – 18 мм;
7. угол пучка – 13°.

2. Детекторный блок, состоящий из:

• Высокоразрешающего детектора Rigaku с размером пикселя 0.55 мкм.
• Высокоразрешающего детектора PhotonicScience с размером пикселя 6.5 мкм
• Сверхчувствительного детектора Amsterdam Scientific с размером пикселя 55 мкм.
• Энергодисперсионного детектора Amptek для спектральных исследований.

3. Скамья для Тестирования Микрооптики (СТМ), состоящая из:

• Набора моторизованных позиционеров, позволяющих позиционировать оптику, детекторы и образцы в пространстве с точностью 1 мкм и 0.0020 соответственно.
• Виброзащищенная сварной конструкцией с гранитной плитой, благодаря которой расстояния между оптическими элементами и источником могут достигать 3-х метров.

СТМ собрана по образу и подобию синхротронной станции ID06 ESRF и отличается такой же гибкостью настройки оптической схемы [3]. СТМ позволяет выполнять исследования с использованием широкого спектра экспериментальных методов и проводить тестирование рентгеновской оптики.

4. Система Диагностики Монокристаллов (СДМ), ориентированная на проведение исследований методом рентгеновской топографии. Состоит из:

• Гониометра Crystal Logic обеспечивающего точность вращения образца и камеры на уровне 0.00010
• Набора моторизованных позиционеров, обеспечивающих микронную точность позиционирования образца в пространстве.

СДМ, СТМ и источник MetalJet установлены на единой сварной конструкции, которая обеспечивает стабильность позиционирования всех систем друг относительно друга.

Комплекс позволяет проводить эксперименты по рентгеновской микроскопии, томографии, топографии кристаллов, проводить комплексный анализ рентгеновской оптики перед их дальнейшем использованием на ведущих синхротронах мира. Благодаря явлению фазового контраста, который является одним из основных в методах когерентной рентгеновской микроскопии, удается визуализировать слабопоглощающие в РИ структуры и объекты. Помимо научно-исследовательской и технологической деятельности комплекс выполняет образовательную функцию по подготовке специалистов в области синхротронного излучения.

Ссылки:
[1] J. Hallstedt, E. Espes, U. Lundstrom, B. Hansson, Liquid-metal-jet X-ray technology for nanoelectronics characterization and metrology, in: 2018 29th Annu. SEMI Adv. Semicond. Manuf. Conf. ASMC 2018, 2018: pp. 151–154. https://doi.org/10.1109/ASMC.2018.8373176.

[2] P. Siffalovic, K. Vegso, M. Hodas, M. Jergel, Y. Halahovets, M. Pelletta, D. Korytar, Z. Zaprazny, E. Majkova, In situ X-ray reciprocal space mapping for characterization of nanomaterials, in: X-Ray Neutron Tech. Nanomater. Charact., 2016: pp. 507–544. https://doi.org/10.1007/978-3-662-48606-1_9.

[3] A. Snigirev, R. Hustache, P. Duboc, J.-Y. Massonnat, L. Claustre, P. Van Vaerenbergh, I. Snigireva, M. Grigoriev, V. Yunkin, Micro-optics test bench at the ESRF, in: Proc. SPIE, San Diego, California, United States, 2007: p. 670511. https://doi.org/10.1117/12.732450.


Двулучевой электронно-ионный микроскопический комплекс Carl ZEISS Crossbeam 540
Система рентгеновского контроля с функцией томографии Y. CHEETAH, фирмы YXLON
Бесконтактный 3D профилометр NV-1800 Surface Profiling System
Стереомикроскоп ZEISS SteREO Discovery.V20
Оптический микроскоп нового поколения ZEISS AXIO IMAGER A2M


Методики применяемые на УНУ

1. Установка сфокусированного ионного пучка – Focused ion beam (FIB)

• Высокопрецизионная ионная литография
• Методика FIB Cross Section (поперечное сечение ионным пучком)
• Ионно- и Электронно- стимулированное осаждение материалов
• Электронная литография
• 3D реконструкция методом электронной микроскопии
• Электронная микроскопия высокого разрешения
• Метод ионной микроскопии

2. Рентгеновская Микроскопия

• Фазо-контрастная микроскопия
• Время разрешающая рентгеновская микроскопия
• Рентгеновская высокоразрешающая томография
• Рентгеновская топография

3. Диагностика рентгеновской оптики жесткого диапазона

4. Инновационные методы исследования микро- и нано- структур на основе когерентной рентгеновской оптики

• Рентгенооптический Фурье-анализ
• Рентгеновская рефлектометрия
• Рентгеновская интерферометрия

Основные реализуемые методы исследования:

• Рентгеновская фазо-контрастная радиография и микроскопия (стоимость от 5 500 руб/ч)
• Рентгеновская томография (стоимость от 7 700 руб/ч.)
• Рентгеновская топография кристаллов (стоимость от 7 700 руб/ч.)
• Рентгенфлюорисцентный анализ (стоимость от 7 700 руб/ч.)
• рентгеновская дифрактометрия
• рентгеновская рефлектометрия
• комплексный анализ фокусирующих свойств рентгеновской оптики (стоимость от 11 900 руб/ч.)