Получение эмиссионного изображения W-кристалла в полевом эмиссионном микроскопе, страница 2

Так как p и поверхностная плотность атомов зависят от структуры грани на поверхности, то работа выхода электронов зависит от того, какая грань кристалла выходит на поверхность металла. Расчеты моментов двойных слоев, выполненные для монокристалла вольфрама, дают качественно правильную картину.

Установлено, что кристаллографические грани с большей плотностью поверхностных атомов имеют большую работу выхода, это подтверждает опыт.

На рис.3 показано полевое эмиссионное изображение монокристалла вольфрама. Снимок сделан с экрана полевого эмиссионного микроскопа. На изображении виден ряд симметрично расположенных светлых и темных областей.

Рис.3.

Поскольку в атомном масштабе острие W после прогрева имеет атомно-гладкую поверхность, решающее влияние на электронную эмиссию оказывает работа выхода электронов с различных участков кристалла.

На конце острия-эмиттера находится кристаллик W (обычно из-за текстуры проволоки наблюдается в центре грань (011)).

Интерпретацию полевых эмиссионных изображений можно провести, зная данные о симметрии исследуемого металла. Эти данные обычно известны из кристаллографии. Помня, что изображение от острия в полевом эмиссионном микроскопе имеет проективный характер  на сферичный экран микроскопа, для расшифровки используют стереографическую проекцию (рис.4).

Рис.4.

На рисунке 5 показаны способы проекции кристалла на плоскость. Симметричная кристаллографическая картина получается в том случае, если точка Р лежит на оси АС, перпендикулярной к плоскости проекций. Когда точка зрения Р совпадает с центром сферы О, проекция называется радиальной или гномонической (линия 1 на рис.4). Проекция из точки С (при совпадении Р и С), когда расстояние между точкой зрения и проекционной плоскостью составляет удвоенный радиус сферы R, называется стереографической (линия 2 рис5). В случае удаления точки зрения Р на бесконечно большое расстояние от проекционной плоскости мы имеем ортографическую проекцию (3 на рис.5).

Рис.5.

Расстояние х_n определяется по формуле

.

Полевые эмиссионные изображения могут быть расшифрованы с помощью стереографических проекций соответствующих кристаллических решеток.

Элементы кристаллографии.

Все кристаллографические задачи по определению плоскостей или направлений в кристалле, условных соотношений, кристаллографических параметров различных дефектов решаются с помощью стереографических проекций и сетки Вульфа. Используя сетку Вульфа, можно находить угловые соотношения между плоскостями и направлениями в кристалле.

Сетка Вульфа представляет собой стереографическую проекцию всей системы меридианов и параллелей, нанесенных на поверхность сферы (рис.6).

Рис.6.

а - построение сетки Вульфа путем проецирования линий широты и долготы;

б - схема сетки Вульфа и отсчета углов по ней.

Плоскостью проекций (ПП) является плоскость одного из меридианов, которая проходит через линию, соединяющую полюса сферы. Положение любой точки на сетке Вульфа определяется ее сферическими координатами a и r. Обычные стандартные сетки Вульфа имеют диаметр 20см, меридианы и широты проходят через 2^°. Это обеспечивает проведение всех расчетов  с точностью 1^°. Для практичного использования электронную эмиссионную картину печатают с негатива в масштабе сетки Вульфа.

Как правило, индицирование граней и направлений на полевых электронных изображениях существенно упрощается, т.к. кристаллографические направления наиболее развитых плоскостей обычно совпадают с осью образца-острия. Поэтому наиболее развитые грани располагаются в центре или достаточно близко к центру электронного изображения.

При индицировании полевого электронного изображения используют стандартные стереографические проекции в виде прозрачных копий в масштабе сетки Вульфа (20см). Ориентация применяемой в практической работе стандартной стереографической проекции зависит от реальной структуры кристалла. Так, если мы имеем дело с вольфрамом, у которого ОЦК-кристаллическая решетка, то нужно выбрать проекцию с центральным полюсом (011).

Вывод.

В ходе работы мы получили изображение кристалла вольфрама на полевом электронном микроскопе. С помощью сетки Вульфа определили грани кристалла (соответствуют темным областям) и провели их индексацию ([010], [121], [112], [001]).

На работу выхода в данной лабораторной работе оказывает влияние работа выхода электронов с различных участков кристалла. А плоскость выглядит темной, так как эта кристаллографическая грань имеет большую плотность поверхностных атомов и соответственно большую работу выхода. Ну а те грани, которые имеют меньшую работу выхода – выглядят светлыми (к примеру – [021], [031], [012], [013]).