Laboratorium Materiałowych Badan Mikro- i Nanostrukturalnych

Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) typu Quanta 3D

Zakupiono i uruchomiono w marcu 2012 r., koszt 5 148 455,50 PLN brutto. Kontakt: dr hab. Franciszek Krok, prof. UJ, e-mail: franciszek.krok@uj.edu.pl

 Skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) typu Quanta 3D jest wszechstronnym instrumentem pozwalającym na określanie właściwości materiałów i ich składu pierwiastkowego.  Obrazowanie próbek można przeprowadzać  w trzech trybach: wysokiej próżni, niskiej próżni oraz, szczególnie dla badań obiektów biologicznych, trybie środowiskowym (ESEM). SEM posiada detektor  typu  S / TEM dla badań prowadzonych w jasnym i ciemnym polu obrazowania próbek.
Mikroskop SEM jest  wyposażony w detektory analizy fluorescencji rentgenowskiej (EDS oraz WDS) pozwalający na prowadzenie analizy chemicznej badanych próbek  o poziomie czułości rzędy 0.1% składu próbki. Dodatkowo, SEM posiada układ badania  dyfrakcji elektronów wstecznie rozproszonych pozwalający na obrazowanie/określanie orientacji ziaren krystalograficznych próbek.
Mikroskop SEM jest zintegrowany z kolumną (mikroskopem) skanującej zogniskowanej wiązki jonowej (FIB). Używanie wiązki jonowej pozwala na modyfikacje powierzchni badanych próbek. Umożliwia także przygotowywania specyficznych obszarów próbek do badania ich przekrojów poprzecznych za pomocą mikroskopii transmisyjnej  (TEM).
Duża komora pozwala na badania układów o stosunkowo dużych rozmiarach.

Piec do hodowli monokryształów

Zakupiono i uruchomiono w lutym 2012 r., koszt  1 094 267 PLN brutto, Kontakt: dr hab. Edward A. Görlich, e-mail: ufgoerli@cyf-kr.edu.pl

Piec do hodowli monokryształów CZ-Flux-Puller firmy Surface Net wyposażony w wyciągarkę Czochralskiego pozwala na hodowlę monokryształów materiałów przewodzących i nieprzewodzących o rozmiarach od 2 do 5 mm. Grzanie w zakresie temperatur do 2500°C odbywa się metodą indukcyjną  przy użyciu generatora firmy Hüttinger o mocy 30 kW w przedziale częstości od 20 do 100 kHz. Proces wzrostu kryształów odbywać się może w atmosferze argonu lub wodoru przy ciśnieniach  od 1 do 10 barów przy szybkości przesuwu od 0 do 10 mm/h i prędkości obrotowej od 0 do 40 obr./min. 
W ramach tego zadania Laboratorium wzbogaciło się  również o komplementarne urządzenia:

  1. kamerę Lauego (Zdjecie 2) – układ dyfrakcyjny do charakteryzacji i orientowania monokryształów. Układ  składa się  z następujących elementów: detektor z dwoma panelami CCD pokrytymi ekranem scyntylacyjnym, źródło promieniowania X wraz z generatorem, goniometr, obudowa chroniąca przed promieniowaniem, laser do pozycjonowania próbki, zestaw komputerowy z monitorem LCD i oprogramowaniem;
  2. trzystrefowy piec rurowy z rurą kwarcową,  zamknięciem próżnioszczelnym i precyzyjną regulacją temperatury wygrzewania w zakresie do 1100°C;
  3. piec muflowy  KSL-1100X firmy MTI  do wygrzewania w temperaturze do 1200°C z możliwością przepływu gazu w komorze grzania; stabilność temperatury ±0.5°C przy 1000°C z jednorodnością lepszą niż ±2.0°C.

 

System do nanoszenia warstw epitaksjalnych: komora MBE - wzrostu warstw epitaksjalnych i układów warstwowych z wyposażeniem i kontrolą in-situ

Zakupiono i uruchomiono w lutym 2012 r., koszt  3 925 570,00 PLN brutto, Kontakt: prof. dr hab. Rafał Kozubski, e-mail: rafal.kozubski@uj.edu.pl

 System do nanoszenia warstw epitaksjalnych i układów warstwowych z wyposażeniem i kontrolą in-situ obejmuje dwa niezależne układy umożliwiające osadzanie cienkich warstw, poczynając od grubości nanometra osadzanego materiału.

1.    Urządzenie do osadzania warstw metodą rozpylania jonowego (ion sputtering)

Do otrzymywania żądanych warstw stosowany jest układ, którego działanie wykorzystuje zjawisko rozpylania magnetronowego w komorze procesowej. Komora procesowa wyposażona jest w 5 źródeł magnetronowych przystosowanych do rozpylania materiałów ferromagnetycznych, układ pomiaru grubości i szybkości naparowywania, spektrometr masowy, jonowy układ czyszczenia. Do dyspozycji są dodatkowo nośnik próbek z grzaniem do temperatury 1000°C oraz nośnik z wagą kwarcową. Komora ta jest wykonana w standardzie UHV o próżni bazowej rzędu 10-9 mbar i jest połączona z komorą załadowczą systemem transferu liniowego. Komora załadowcza umożliwia wstępne wygrzewanie oraz magazynowanie 4 podłoży. Ponadto na wyposażeniu znajduje się walizka próżniowa do przenoszenia dwóch nośników próbek pomiędzy różnymi systemami UHV. Przebieg zachodzących procesów jest sterowany i zapisywany cyfrowo.

2. Komora MBE - wzrostu warstw epitaksjalnych - urządzenie do wytwarzania cienkich warstw metodą epitaksji z wiązek molekularnych (MBE)

Komora procesowa o standardzie UHV, z ekranem chłodzonym ciekłym azotem, zapewnia próżnię bazową na poziomie 10-10 mbar i wyposażona jest w 6 portów do zamontowania źródeł par. Na wyposażeniu są trzy komórki efuzyjne oraz trzy naparowywarki wykorzystujące bombardowanie elektronowe (w tym  naparowywarka Telemark o mocy 3 kW). Komora procesowa zaopatrzona jest w kwarcowy miernik grubości i szybkości osadzania, układ pomiarowy RHEED, jonowy układ czyszczenia oraz spektrometr masowy. Z komorą procesową połączona jest poprzez transfer liniowy komora załadowcza wyposażona w system wstępnego wygrzewania próbek i nośników. Do dyspozycji są: molibdenowy nośnik próbek z grzaniem elektronowym do temperatury 2000°C, molibdenowy nośnik próbek płaskich z grzaniem do temperatury  1000°C przystosowany również do chłodzenia oraz  nośnik z wagą kwarcową. Na wyposażeniu znajduje się walizka próżniowa do przenoszenia dwóch nośników próbek pomiędzy różnymi systemami UHV. Cały układ sterowany jest cyfrowo.