Это первое российское устройство, позволяющее проводить подобный анализ. Чип размером с рисовое зерно позволяет точно измерить, насколько детально томограф «видит» структуры внутри образцов.
Фото: Томский
политехнический университет.
Разработка универсальна
и подходит как для калибровки научного
оборудования, так и для тестирования
новых алгоритмов сканирования.
Чип сделан из
кристаллического кремния. Это твердый
и стабильный в широком диапазоне
температур материал, не подверженный
коррозии. Размер чипа – 2,98 х 2,98 мм,
толщина – 0,6 мм. Это сопоставимо с рисовым
зерном. С помощью разработанного
устройства можно измерить разрешение
томографа в диапазоне от 15 мкм до 1 мкм.
Так, с помощью чипа
можно проверить пространственное
разрешение изображения томограммы,
минимальный размер детектирования
отдельно стоящей точки, точность масштаба
изображения, неравномерность разрешающей
способности в зависимости от направления
измерения в пространстве и другое.
На данный момент в
России промышленные микротомографы с
метрологической точки зрения не могут
выступать в качестве средства измерения
с разрешающей способностью до 1 мкм,
рассказал проректор по науке и
стратегическим проектам ТПУ Алексей
Гоголев.
«Дело в том, что в системе
государственных мер не зарегистрировано
ни одной меры или тестового объекта, с
помощью которого можно доказать, что
томограф может отобразить структуры
размером до 1 мкм внутри исследуемого
объекта – другими словами сейчас
доказать, что томограф «разглядел»
какие-то детали в образце невозможно.
Изготовленный чип как раз и решает
задачу измерения пространственного
разрешения микротомографа. В России
аналогов разработке нет, в мире подобные
чипы изготавливаются только в Германии
и Японии».
На поверхности чипа
сформированы (вытравлены на глубину до
20 мкм) шаблоны структур из чередующихся
полос и точек с поперечными размерами
от 10 мкм до 1 мкм. Это так называемая
трехмерная структура с заданными
параметрами. Одно из преимуществ такой
архитектуры – возможность определять
разрешение без специального программного
обеспечения.
Сам чип выступает в
качестве тестового эталонного объекта.
Все размеры структур, которые нанесены
на него, верифицированы при помощи
электронного микроскопа с точностью
до 100 нм (это в 1 000 раз меньше толщины
человеческого волоса – прим.). Так,
отсканировав чип в микротомографе,
можно наглядно увидеть какие структуры
с каким размером можно различить на
томограмме и, как следствие, быстро и
точно определить разрешающую способность
микротомографа.
Для работы чип помещается
на предметном столике томографа, как
обычный объект исследования, проводится
сканирование и далее полученное
изображение сравнивается с известными
значениями, добавил Алексей
Гоголев.
«Чем лучше изображение
чипа – тем лучше томограф. При этом сами
томографы для работы с нашим устройством
модернизировать не надо, чип универсален
и работает с любым томографическим
оборудованием. В частности, микротомограф
ТПУ с разрешением в 5 мкм был подтвержден
разработанным чипом и был внесен в
Государственный реестр средств измерений»
Использовать чипы можно
не только для тестирования томографов,
но и для испытания новых алгоритмов
реконструкции и протоколов сканирования.
Над созданием чипа
работали ученые Научно-образовательного
центра перспективных исследований и
Центра метрологии Томского политеха.