Полевая ионная микроскопия

Введение 3

1 Полевой электронный микроскоп 5

1.1 Факторы, определяющие работу микроскопа 7

1.2 Устройство микроскопа 8

1.3 Экспериментальные результаты полученные с помощью полевой электронной микроскопии (ПЭМ) 9

2 Полевая ионная микроскопия 11

2.1 Испытание и десорбция полем 14

2.2 Полевой ионный микроскоп 15

2.3 Полевой ионный микроскоп с атомным зондом 16

Список используемой литературы 19

Введение

О полевой эмиссии электронов из холодного металлического катода под воздействием приложенного к поверхности большого электрического поля впервые сообщил Вуд [1]. Классическая теория совершенно не в состоянии описать полевую эмиссию, и нам необходимо обратиться к квантовой механике. Методы квантовой механики впервые были применены к полевой эмиссии электронов из металла Фаулером и Нордгеймом [2].

Упрощенное представление об их результатах может быть получено при рассмотрении диаграммы потенциальной энергии для электронов в металле и граничащем с ним вакууме в присутствии и при отсутствии внешнего электрического поля (рисунок 1). Энергия наивысшего заполненного уровня в металле, отсчитываемая от минимума потенциала, называется энергией Ферми £> и равна химическому потенциалу электронов в металле. Разница между уровнем Ферми и потенциальной энергией электронов в вакууме есть термоэлектронная работа выхода ф. Электроны, заполняющие состояния зоны проводимости под уровнем Ферми, образуют ферми-жидкость. Плотность состояний на «поверхности» этой жидкости намного больше, чем на дне зоны проводимости, так что можно считать, что большинство электронов располагается на энергетических уровнях вблизи Ef и туннелирование происходит в основном с уровня Ферми.

В отсутствие внешнего поля электроны удерживаются в металле полубесконечным потенциальным барьером, поэтому электрон может покинуть металл, только пройдя над барьером, что и происходит при термоэмиссии. Наличие поля F (ВА-1) на поверхности и вблизи нее вызывает изменение ширины этого барьера, как показано на рис. 1. Теперь перед электронами вблизи поверхности оказывается потенциальный барьер конечной ширины, и поэтому может иметь место туннелирование, если барьер достаточно тонок и низок.

Вероятность прохождения сквозь барьер Р, получаемая методом Бриллюэна — Вентцеля — Крамерса (БВК) [3], равна

где т — масса частицы; h — постоянная Планка, деленная на 2тг; Е и V — кинетическая и потенциальная энергии соответственно;

/ — ширина барьера. Из рисунка 2 видно, что член, описывающий форму барьера (V - Е)1/2, имеет приблизительно треугольную форму.

Рисунок 1 - Потенциальная энергия электронов в металле в присутствии внешнего поля и без него. Поверхность металла предполагается чистой, а потенциалом изображе-ния пренебрегают, ф — работа выхода; ц — химический потенциал; Е и V — кинети-ческая и потенциальная энергии соответственно как функции расстояния от поверх¬ности металла. Приложенное поле F = 0,3 ВА-1 — Результирующий потенциал.

Рис. 2. Потенциальная энергия с учетом потенциала изображения для электронов в металле в присутствии внешнего поля и без него. Показаны барьеры для чистого металла и металла с дипольным слоем атомов адсорбированного газа (N). ф — ра¬бота выхода; ц — химический потенциал; VA представляет вклад дипольного слоя в суммарный потенциал. I — контактный потенциал; 2 — работа выхода чисто¬го W; 3 — потенциал сил зеркального