Физики и инженеры-электронщики из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) и конструкторы из Института рентгеновской оптики (ИРО) создали многоволновой рентгеновский рефлектометр для диагностики наноструктур. Разработка оказалась настолько удачной, что первый же образец установки был коммерциализован.

Главный научный сотрудник Александр Виноградов, один из авторов мини-лаборатории (фото ФИАН).

Рентгеновская рефлектометрия применяется для бесконтактной неразрушающей диагностики слоистых тонкопленочных наноструктур. С помощью этого метода можно определить толщину слоев нанопленок или шероховатость поверхностей, период многослойных наноструктур и диффузионное размытие внутренних границ раздела.

Разработанный ФИАН и ИРО многоволновой рефлектометр X-Ray MiniLab-N (N — количество исходно возможных аналитических функций) по сравнению с существующими одноволновыми установками имеет более высокие метрологические характеристики, впервые позволяет проводить одновременные измерения на нескольких длинах волн и обеспечивает новые диагностические возможности анализа поверхности слоев. Под аналитическими функциями, по совокупности которых установка не имеет мировых аналогов, имеются в виду такие методики исследований, как рефлектометрия, дифрактометрия, рефрактометрия, малоугловое рассеяние, рентгено-флуоресцентный анализ и др.

Из-за совмещения большого количества методик исследований в одной установке система носит статус мини-лаборатории. При этом количество необходимых аналитических функций определяется конкретно под каждого заказчика в соответствии с его задачами и потребностями.

Идея установки родилась в Физическом институте им. П. Н. Лебедева; ее авторами являются доктор физ.-мат. наук Александр Турьянский (руководитель проекта), доктор физ.-мат. наук Александр Виноградов и кандидат технических наук Игорь Пиршин. В начале 2000-х они запатентовали разработанную ими измерительную схему двухволнового рефлектометра и создали экспериментальный макет установки (на котором, кстати говоря, работают до сих пор). Ну а в коммерциализации изобретения деятельно помогли сотрудники Института рентгеновской оптики.

«Мы активно экспериментируем, и система проектировалась с тем, чтобы ее всегда можно было модернизировать с целью проведения дополнительных исследований, — комментирует старший научный сотрудник Александр Турьянский. — Поэтому оператор, работающий на X-Ray MiniLab-N, может установить на прибор необходимые дополнительные устройства, наращивающие его аналитические возможности».

Это существенно отличает многоволновой рефлектометр X-Ray MiniLab-N от «принципиально подобных» зарубежных систем (не от аналогов, так как их нет!), потому что зарубежные производители не разрешают менять что-либо в своих установках; в противном случае прибор не только снимут с гарантии, но и лишат технического обслуживания. При коммерциализации мини-лаборатории авторы поступили иначе: они определяют окончательную конфигурацию системы вместе с заказчиком.

Кстати, первый заказчик, Московский институт электронной техники (МИЭТ), уже работает на установке. Его мини-лаборатория, ставшая первым коммерческим образцом, наделена пятью аналитическими функциями, а потому, согласно условленному правилу, называется X-Ray MiniLab-5. «Система безотказна, и заказчик очень доволен, — рассказывает Александр Турьянский. — Ну а сейчас получен еще один заказ — от Южного федерального университета (Ростов-на-Дону), для которого мы вот-вот начнем изготовление второго коммерческого образца. А пока ростовчане определяются с количеством необходимых аналитических функций».

Представляется, что разработанная в ФИАН и ИРО мини-лаборатория будет востребована для диагностики наноструктур российского производства. «Недавно, — продолжает Александр Турьянский, — мы проводили сравнительные испытания с одним из лучших образцов зарубежного представителя, который поставляет похожее оборудование. Название говорить не буду, но могу сказать, что система установлена в Институте стали и сплавов. Тесты были независимыми, то есть ни одна из сторон в них не участвовала. Так вот, в рентгенооптических измерениях тонких пленок наша мини-лаборатория показала себя лучше, чем существенно более дорогая зарубежная система».

Подготовлено по материалам Физического института им. П. Н. Лебедева РАН.