Микроскопы сканирующие зондовые НаноСкан-3Д применяются при проведении фундаментальных и прикладных научных исследований, а также для технологического контроля. Действие сканирующих зондовых микроскопов НаноСкан-3Д основано на принципе сканирования исследуемой поверхности зондом, регистрации параметров взаимодействия зонда с поверхностью и восстановлении по результатам регистрации геометрии поверхности образца и карты распределения физико-механических и электрических свойств, создании микрорельефа на поверхности исследуемого материала путем воздействия алмазного индентора на поверхность, а также динамического (высокочастотного) воздействия зонда на поверхность в целях последующего определения механических свойств образца.

Сканирующие зондовые микроскопы НаноСкан-3Д представляют собой стационарную автоматизированную измерительную систему и состоят из рамы, измерительной головки, управляющей электроники, набора датчиков-кантилеверов, персонального компьютера. В сканирующих зондовых микроскопах НаноСкан-3Д реализованы следующие режимы сканирующей зондовой микроскопии и измерений геометрических и механических свойств материалов:

• Полуконтактная АСМ;
• Метод силовой спектроскопии;
• Метод инструментального наноиндентирования;
• Индентирование/склерометрия (измерения механических свойств путем анализа топографии остаточных отпечатков и царапин).

С целью повышения точности измерений геометрических параметров исследуемых объектов на базе СЗМ «НаноСкан-3Д» был создан прибор с интерферометрической системой (метрологический СЗМ). Такая модификация прибора позволяет измерять геометрические параметры исследуемых объектов с неопределенностью до 1 Å. Полученные характеристики делают возможным создание на базе разработанной модификации СЗМ «НаноСкан-3Д», привязанного к длине волны стабилизированного лазерного излучения, исходного по точности средства калибровки стандартных образцов и средств измерений геометрических параметров объектов наноиндустрии. В отличие от существующих сканирующих зондовых микроскопов, служащих для визуализации исследований в нанометровом диапазоне, измерения лазерными интерферометрами, осуществляющие сравнение величины перемещения объекта с длиной волны лазерного излучения обеспечивают привязку к длине волны излучения стабилизированного лазера и, таким образом, создание метрологического СЗМ. Поэтому лазерная интерферометрия в настоящее время становится основным методом для создания и улучшения метрологического обеспечения средств измерений геометрических и механических величин в нанометровом диапазоне линейных размеров.

Компоновка интерферометра в составе сканирующего зондового микроскопа (слева). Общий вид оптического блока гетеродинного интерферометра без защитной крышки (справа).

Проведенные экспериментальные исследования метрологического СЗМ на наборе аттестованных мер нанометрового диапазона показали, что он обеспечивает измерения параметров шероховатости и рельефа с неопределенностью измерений до 10^-10м, декларированной в техническом задании проекта.

Микроскопы сканирующие зондовые НаноСкан-3Д предназначены для измерений геометрических параметров топографии поверхности с нанометровым пространственным разрешением, измерений силы воздействия зонда на поверхность исследуемого образца в отдельных точках, для измерения геометрических характеристик отпечатков в заданных точках поверхности после индентирования с измеренной силой. Результаты измерений могут быть использованы для определения микротвердости в нанометровом диапазоне.