Автоионная микроскопия. Эмиссионный спектральный анализ. Атомная абсорбционная спектроскопия. Термоэлектронный эмиссионный микроскоп, страница 10

В термоэлектронной эмиссионной микроскопии контраст деталей изображения возникает только из-за разницы в числе электронов, эмитируемых отдельными участками поверхности образца. Раз­личия в эмиссии электронов обусловлены главным образом различием кристаллографических свойств отдельных участков на поверхности образца, и поэтому контрасты изображения при­сущи самому образцу и являются его неотъемлемым свойством.

 Благодаря этому существует очень небольшое запаздывание по времени между изменением структуры образца и связанным с ним изменением контраста изображения, делающим это превра­щение видимым. Высокотемпературные превращения наблю­даются таким образом в момент их появления.

ФИЗИКА ТЕРМОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ МЕТАЛЛОВ

Согласно зонной электронной теории металлов, их электри­ческая проводимость создается теми электронами, которые на­ходятся на частично заполненных  энергетических уровнях кристаллической решетки металла. В термоэлектронной эмис­сионной микроскопии именно эти электроны проводимости освобождаются из металла и используются для формирования его электронного изображения.

Как правило, электроны прово­димости при наложении внешнего поля перемещаются в кри­сталлической решетке относительно свободно и испытывают сла­бое влияние локальных электрических полей только вблизи от­дельных ионов металла в узлах кристаллической решетки. Однако, когда эти электроны приближаются к поверхности металла в результате теплового движения, они испытывают дей­ствие тормозящего силового поля.

Преодоление поверхностного потенциального барьера воз­можно для электронов которые обладают необходимой энергией

У большинства металлов, исключая щелочные и щелочно­земельные, величина работы выхода колеблется от 3 до 5 эВ. Таким образом, при умеренных температурах вероятность прео­доления потенциального барьера каким-либо электроном мала. Для того чтобы заметное число электронов могло покинуть ме­талл, необходимо либо значительно уменьшить работу выхода, либо увеличить энергию электронов в металле.

 Повысить энер­гию электронов легче всего простым нагреванием металла.

Шоттки иллюстрирует эти условия с помощью модели, представляя электроны шариками, которые хаотично движутся по дну потенциальной ямы с пологими стенками. Пологие стенки моделируют потенциальный барьер, а распределение скоростей шариков подчиняется распределению Ферми. При умеренных температурах большая часть шаров, вкатываясь по стенке ямы, будет достигать определенной высоты, соответствующей началь­ной скорости, и затем скатывается обратно на дно ямы. Некоторое малое число шаров, обладающих экстремально большими скоро­стями, достигнут края стенки (на ее полной высоте), не потеряв до конца всей своей скорости, перекатятся через нее и покинут яму. Эти шарики могут быть уподоблены освободившимся эмиттированным электронам металла. Увеличение температуры соот­ветствует возрастанию средней скорости шариков; следовательно, все большее их число будет иметь достаточную скорость, что­бы взобраться на стенку, вырваться из ямы и таким образом смо­делировать увеличение числа эмиттированных электронов с ро­стом температуры.

При исследовании металлов с помощью термоэлектронного эмиссионного микро­скопа необходимая плотность тока эмиссии может быть получена также путем уменьшения работы выхода. Снижение работы вы­хода может быть использовано для наблюдений при пониженных температурах. Именно такой способ и применяется для расшире­ния области рабочих температур термоэлектронного эмиссионного микроскопа.

ТИПЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИОННОЙ МИКРОСКОПИИ

Существуют разные методы возбуждения эмиссии элек­тронов с поверхности металлов, т. е. есть другие способы сообще­ния электронам в металле дополнительной энергии, достаточной для преодоления поверхностного потенциального барьера. По­скольку в настоящее время некоторые из этих способов применя­ются в других типах электронных эмиссионных микроскопов, каждый из которых имеет свои определенные отличительные осо­бенности, следует ясно представлять себе различие между этими способами и методом термоэлектронной эмиссии.