Автоионная микроскопия. Эмиссионный спектральный анализ. Атомная абсорбционная спектроскопия. Термоэлектронный эмиссионный микроскоп, страница 11

 Автоэлектронная эмиссия

Если с внешней стороны металла приложить сильное элек­трическое поле, распределение потенциала вне металла изменится так, что поверхностный барьер станет «тоньше», и, следовательно, более проницаемым для элек­тронов. Теперь в эмиссии, возникающей под действием поля, элек­троны освобождаются из металла с помощью другого механизма — они не «переваливают» через потенциальный барьер, а просачи­ваются сквозь него с помощью известного в волновой механике туннельного эффекта.

Фотоэлектронная эмиссия

В фотоэлектронной эмиссии необходимая дополнительная энергия к электронам металла поступает в виде электромагнит­ного излучения. Поскольку в этом типе эмиссии участвуют валентные электроны заполненных энергетических зон, лежащих более глубоко, фотоны должны обладать энергией, большей, чем работа выхода. Следовательно, для инициирования фотоэмиссии необходимо излучение с длинами волн в ультрафиолетовом или более коротковолновом диапазоне спектра.

Вторичная эмиссия

В явлении вторичной эмиссии дополнительная энергия электро­нам сообщается за счет бомбардировки поверхности электронами или ионами из внешнего источника. Как и в фотоэлектронной эмиссии, возбуждающие частицы должны иметь энергию, превышающую работу выхода. Этого нетрудно добиться в случае ионов и электронов. Наиболее часто применяются энергии в несколько сотен электронвольт. Можно было бы работать даже с большими энергиями, если бы не появлялась эрозия поверхности металла. Такая эрозия (ионное травление) может быть выгодно использо­вана в специальных случаях, но она сказывается отрицательно при изучении динамических процессов, поскольку накладывается на первичную структуру и тем самым осложняет интерпретацию каждой последующей структуры, развивающейся в процессе наблюдения.

ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЙ ЭМИССИОННЫЙ МИКРОСКОП

Термоэлектронный эмиссионный микроскоп состоит из сле­дующих частей: 1) устройства для нагрева образца до темпера­тур, достаточных для эмиссии электронов; 2) электронно-оптиче­ской системы для разгона, коллимирования и фокусирования эмиттированных электронов; 3) устройства для наблюдения и регист­рации электронного изображения и 4) вакуумной системы.

Рассмотрим узлы, которые специфичны только для термоэлектронного эмиссионного микроскопа

Нагрев образца

Из-за простоты и относительно низких энергетических требова­ний наиболее широко используемым методом для нагрева образца является косвенный нагрев посредством излучения от стороннего источника. В нагревательном устройстве образец является дном стакана, содержащего внутри нагревающую спираль, не имеющую непосредственного контакта с внутренними стенками стакана. Эта геометрия позволяет наиболее эффективно использо­вать излучение нагревателя, а также экранировать электронно-оптическую систему от мешающего электронного и светового излучения самого нагревателя. С помощью такого устройства можно легко получать температуры образца до 1250 °С.

Исследуемой поверхностью образца является внешняя сторона дна стакана. Обычно только дно стакана и является объектом исследования и представляет собой образец, приваренный к трубке из подходящего тугоплавкого металла, например никеля.

Электронно-оптическая система

1. Катодная линза. Единственно, чем отличается электронно-оптическая система термоэлектронного эмиссионного микроско­па от обычного микроскопа трансмиссионного типа, это наличием узла катодной линзы. Этот узел служит для нескольких целей. Во-первых, отсюда берут начало электро­ны, формирующие изображение, поскольку образец является одной из частей (катодом) этой линзы. Во-вторых, электроны разго­няются и монохроматизируются с помощью электрического поля, приложенного между катодом и анодом. В-третьих, этот узел коллимирует и фокусирует эмиттированные электроны и поэтому служит в качестве объектива.

Называют такие линзы электростатическим «иммерсионным» объективом по ана­логии с соответствующим оптическим объективом, где показатель преломления в пространстве предметов отличается от показателя преломления в пространстве изображений. Для электронной элек­тростатической линзы термин «показатель преломления» должен быть заменен термином «электрический потенциал».