Методы диагностики, основанные на полевой эмиссии

Принцип действия полевого электронного микроскопа Мюллера основан на автоэмиссии электронов из морфологических неоднородностей исследуемого мате­риала, выполненного в виде острия с наноразмерным радиусом кривизны. Мюллер разработал технологию изготовления такого наноразмерного острия. Исследуемое острие помещается в центр сферы, из объема которой эвакуируются остаточные газы [р ~ 10 6 мм рт. ст.) и радиус которой на много порядков превышает радиус кривизны острия. На внутренней поверхности сферы формируется экран из люминесцирующего вещества. При подаче достаточного по величине напряжения между экраном и острием («минус» на острие) с поверхности острия по туннельному механизму эмитируются электроны, плотность потоков которых пропорциональна кривизне наноразмерных морфологических особенностей на поверхности острия. В силу сферической симметрии геометрии устройства изображение наноразмерных особенностей поверхности острия увеличивается пропорционально радиусу сферы. Контраст изображения зависит от поля вблизи острия. При этом напряженность электрического поля зависит от размеров острия. В частности, решение уравнения Лапласа для поля вблизи острия дает соотношение: F = U/rk, где k ~ 1.

Пространственное разрешение метода определяется тангенциальными составляющими движения эмитированных электронов (с учетом разогрева в поле острия энергия тангенциально движущихся электронов составляет ~ 0,1 эВ). При выборе характерных размеров устройства необходимо учитывать размер кристаллитов люминофора.

В зависимости от назначения полевые электронные микроскопы претерпевают конструктивные изменения, но принцип их работы и особенности функционирования устройства остаются неизменными.

В настоящее время микроскопы, использующие предложенную Мюллером методику, применяются, например, для изучения изменений эмиссионных свойств поверхности в процессах физической адсорбции чужеродных атомов или изучения изменений эмиссионных свойств поверхности при напылении или эпитаксии сторонних материалов, а также определения распределения по энергии эмитированных поверхно­стью электронов.

11-в-2Принцип действия полевого ионного микроскопа Мюллера (1951 г.) основан на поляризации и ускорении в сильном электрическом поле нейтральных атомов остаточных газов, их последующей ионизации посредством полевой эмиссии электронов, происходящей вблизи наноразмерных морфологических особенностей поверхности, «обостряющих» напряженность электрического поля. Темп эмиссии пропорционален кривизне наноразмерных морфологических особенностей исследуемой поверхности. Ионизованные атомы, несущие таким образом информацию о распределении напряженности электрического поля вблизи исследуемой поверхности, ускоряются в диаметрально противоположном направлении и, попадая на люминесцентный экран, создают увеличенное изображение морфологических особенностей исследуемой поверхности.

Действие микроскопа основывается на зависимости темпа эмиссии электронов от напряженности электрического поля. Однако здесь речь идет о полевой эмиссии из «свободных» молекул газа. Кроме этого эффекта, в микроскопе используется эффект поляризации атомов остаточных газов в сильных электрических полях и представление о наличии критического поля, при котором еще возможна поляризация вблизи исследуемой поверхности.

2.Гипотезу о наличии критического поля высказал известный физик Оппенгеймер в 1928 г. Суть идеи Оппенгеймера иллюстрируется рис.7.13. Эмитированный атомом электрон может быть принят исследуемой металлической поверхностью только в случае, если энергия эмитирующего электрона атома выше энергии Ферми-электрона исследуемой металлической поверхности. Если приложенные напряжения чрезмерно велики, то ионизация атомов в сильном поле будет достаточно вероятна и без его «обострения» вблизи поверхности, так что ионы, устремляющиеся и противоположную от образца сторону (к экрану), не будут нести информацию о структуре исследуемой поверхности и их взаимодействие с экраном будет паразитным эффектом. Увеличение

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector