Автоионная микроскопия. Эмиссионный спектральный анализ. Атомная абсорбционная спектроскопия. Термоэлектронный эмиссионный микроскоп, страница 2

Из рисунка  видно, что изображение может быть получено не от всех атомов, находящихся на поверхности, а только от тех, которые располагаются на неплотно упакованных гранях или на ребрах ступенек. Практически изображается что-нибудь око­ло 10—20% всех атомов, находящихся на поверхности. Это, оче­видно, налагает ограничение: хотя можно различить и увидеть отдельный атом, но нельзя увидеть все атомы, лежащие на по­верхности. Фактически, однако, это ограничение не является серьезным, так как именно те атомы, которые изображаются с помощью процесса ионизации электрическим полем, легче, чем все остальные, могут быть удалены испарением под действием сил электрического поля.

Достаточно сильное электростатическое поле может удалить атомы с поверхности образца без заметного их нагрева. В этом заключается эффект испарения полем, и он представляет важ­нейшую особенность метода автоионной микроскопии.

Испарение полем используется в начале любого эксперимента в автоионной микроскопии для того, чтобы снять загрязненные слои и приготовить атомно-гладкое закругление на кончике образ­ца. После электрохимического травления образец может оказать­ся покрытым большим количеством слоев продуктов коррозии, а форма его обычно далеко не правильна. Эти слои загрязнений удаляются при испарении полем. Такое испарение начинается при определенном значении поля. Любые неровности на образце можно легко устранить и получить гладкую поверхность острия.

Вследствие того, что испарение полем для каждой частицы проис­ходит при некотором характерном для нее поле, этот процесс можно точно контролировать, и отдельные атомы, группы атомов и целые атомные слои можно удалить с поверхности просто изме­нением приложенного к образцу напряжения. Таким образом, хотя один микроснимок дает картину расположения всего лишь нескольких атомов на поверхности, большое количество микро­снимков позволяет получить трехмерную картину образца. Про­цесс испарения полем может быть использован, следовательно, и для «микроанатомирования» образца.

В процессе испарения полем первыми с образца правильной формы удаляются те атомы, которые участвуют в создании автоионного изображения, так как это те самые атомы, около которых действует наиболее силь­ное поле. Таким образом, испаряя образец полем, последова­тельно удаляя атом за атомом, можно в принципе разглядеть каж­дый атом кристалла.

АВТОЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП

Автоэлектронный микроскоп широко используется в иссле­довании поверхностей и поверхностных реакций. Так как ряд исследователей при этом используют одновременно и автоэлек­тронную, и автоионную микроскопию, то здесь имеет смысл об­судить основные сходные черты и различия обоих методов.

Труб­ка автоэлектронного микроскопа по существу такая же, как и трубка автоионного микроскопа (рис. 1). В обоих случаях образец изготовляется из тонкой проволоки с острием на конце и распо­лагается напротив флуоресцирующего экрана. В автоэлектрон­ном микроскопе на образец подается отрицательное по отноше­нию к флуоресцирующему экрану напряжение и проекционное изображение на экране создается электронами, туннелирующими металла. Так как в момент вылета с поверхности образца электроны обладают значительными тангенциальными компонентами скорости, разрешение автоэлектронного микроскопа ограничи­лся 10—30 А. Поэтому автоэлектронный микроскоп не позволяетт различать отдельные атомы, однако относительная яркость различных областей изображения чрезвычайно чувствительна к энергетическому электронному состоянию той области поверхности, из которой испущены изображающие электроны. Таким образом, автоэлектронный микроскоп является весьма чувствительным прибором для изучения природы поверхностей и поверхностных реакций.

Поскольку автоэлектронные изображения в значительной степени и зависят от природы и состояния поверхности, очень важно проводить эксперименты в сверхчистых условиях, при которых остаточное давление газов меньше 10^-10 мм рт. ст. В противоположность этому для многих автоионных экспериментов обычно вполне приемлемы давления загрязняющих примесей порядка 10^-7 мм рт. ст.