WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 9 10;11;12 Свойства неравновесной поверхности гексаборида лантана, образующейся в итоге полевого испарения © В.Н. Гурин, М.М. Корсукова, М.В. Логинов, В.Н. Шредник Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Поступило в Редакцию 18 января 2000 г.) С помощью времяпролетного атомного зонда исследовалась неравновесная поверхность игольчатого монокристалла гексаборида лантана, полученная в результате полевого испарения при комнатной температуре, и ее некоторые модификации. Масс-спектры полевого испарения позволяли судить о составе поверхности в области вершины острия при различных условиях, в том числе сразу после вытравливания острия, после коррозии в остаточных газах, после интенсивной очистки полевым испарением и после релаксации неравновесной поверхности при нагреве до 1250 K. Обсуждаются вопросы разрушения оксидной корки на поверхности острия и условия получения типичных масс-спектров полевого испарения чистого монокристалла гексаборида лантана, отражающих объемный состав или же обогащенных лантаном.

Введение монокристаллов, полученных выращиванием из раствора в расплаве алюминия [4]. Опыты проводились при комВ работах [1,2] исследовались ионные потоки, вознинатной температуре острия, так же как и эксперименты кающие в результате полевого испарения гексаборида в [1,2]. Вакуум в камере атомного зонда, полученлантана (LaB6) при комнатной температуре. В этих ный с помощью электроразрядного насоса, составлял работах решалась проблема стабильности свободных 10-9-10-10 Torr. Главными компонентами остаточных ионизованных кластеров вида LaB+m (где n = 1-6 и газов были CO, H2O и СH4. Кристаллы-острия крепиn m = 1-4), в изобилии присутствовавших в ионном полись к держателю — аноду либо с помощью аквадага, токе. Было показано, что в потоке превалируют наименее либо с помощью проводящей эпоксидной смолы (состабильные и даже метастабильные ионы.

держащей мелкий порошок тантала). В первом случае В данной работе, методически связанной с [1,2], камера и острие могли прогреваться соответственно до главное внимание обращается на природу поверхности 200 и 1300C, при этом в остаточных газах наблюдалось кристалла LaB6, образующейся в итоге полевого испалишь незначительное количество воды. Во втором случае рения. Именно такая поверхность активно поставляет камера и острие оставались при комнатной температуре, испаряемые ионы. Вместе с тем не менее интересны и воды в остаточной среде было больше. Четкий пик воды модификации этой поверхности, изменяемой за счет мы использовали для калибровки масс-спектров.

нагрева или за счет взаимодействия с адсорбируемыми остаточными газами. Кроме того, интересно было выяснить свойства исходной поверхности кристалла LaB6, Результаты экспериментов помещенного в вакуум, после вытравливания тонкого и их обсуждение острия в концентрированной H2SO4 и пребывания на воздухе. Все эти вопросы оставались ”за кадром” в а) Типичные масс- спектры полевого исработах [1,2] и теперь составляют одну из главных парения гексаборида лантана. Рис. 1 демонзадач данной работы. Одной из параллельных ее задач стрирует 3 масс-спектра, полученных в атомном зонде является также выяснение условий обогащения потока в пределах одной серии опытов с одним и тем же ионов лантаном, что может быть важно для построения острием LaB6. Во всех трех случаях базовое (Vb) и точечных ионных источников.

импульсное (Vp) напряжение составляло соответственно 13 и 5.6 kV. Все три спектра построены в одном и том же масштабе по осям. Спектры отличались своей Техника эксперимента предысторией, что, как видим, привело к их существенным различиям. Первый спектр (рис. 1, a) соответствует Эксперименты проводились во времяпролетном атомсвежевытравленной поверхности LaB6 и содержит неном зонде, описанном в [3], с разрешением по массам значительное количество ионов, полученных во время M/M 30. В последнее время его детектируюдействия всего 59 результативных импульсов из числа щая система была усовершенствована: скорость сбора 5000 поданных. В спектре выделяется лишь 1 пик — CO+ информации была повышена не менее чем в 30 раз и было улучшено временное разрешение системы. Это уве- (CO происходит из остаточного газа).

личило надежность масс-спектров и ускорило процесс Отметим, что в спектре рис. 1, a отсутствует пик их получения. Острия приготавливались из игольчатых воды, хотя в этой серии опытов острие крепилось на 7 98 В.Н. Гурин, М.М. Корсукова, М.В. Логинов, В.Н. Шредник Рис. 1. Масс-спектры полевого испарения монокристалла LaB6, полученные в атомном зонде. Все три спектра получены на одном и том же образце, но после разной обработки; m/q — отношение массы иона к его заряду, I — число ионов, a — поверхность покрыта инертной коркой после вытравливания острия и пребывания на воздухе, n/N = 59/5000, N — число поданных импульсов, n — число результативных (породивших ионы) импульсов. b — поверхность после удаления оксидной корки, n/N = 422/5000.

c — поверхность обогащена лантаном, n/N = 1000/7586.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. Свойства неравновесной поверхности гексаборида лантана, образующейся в итоге полевого испарения эпоксидной смоле и установка не прогревалась. Не- диапазоне 1-5, а m = 2. Такого рода продукты полевого сколько слабых пиков, выделяющихся над единичными испарения типичны для разрушения кристаллической репиками (содержащими в том числе и шумовые сигналы), шетки LaB6 при комнатной температуре. Всегда, когда по можно трактовать как соответствующие ионам оксидов каким-либо причинам на чистую поверхность кристалла (B2O++, B2O+, LaO+++) ииону La2B++. Этому спектру LaB6, обнаженную полевым испарением, не поступает 3 предшествовали 4 спектра с напряжениями Vb = 8, 9 и избыточный лантан, мы получаем спектры типа рис. 1, b.

11 kV и с тем же Vp = 5.6 kV. Все они содержали лишь Спектр рис. 1, b основан на сборе ионов во время дей1 надежный пик CO+ и примерно те же ”мелкие” пики. ствия n = 422 результативных импульсов при N = Вода не содержалась ни в одном из этих спектров. поданных. Ионов на самом деле было больше, чем n Повышение Vb до 15 kV привело к появлению богатого (а именно около 600), поскольку в некоторых случаях разнообразными пиками спектра, похожего на спектр испарялись сразу 2 иона.

рис. 1, b, но не содержащего ион H2O+. Этот ион Спектр рис. 1, c, построенный на основе сбора появился в виде мощного пика при снижении Vb на 1 kV большего числа ионов (около 1600) при n = 1000 и (при Vb + Vp = 14 + 5.6kV). Затем Vb было снижено до N = 7586, должен быть богаче спектра рис. 1, b. Однако, 13 kV и был получен спектр рис. 1, b. Спектр радикально если бы он качественно повторял спектр рис. 1, b, те отличается от такового на рис. 1, a: четкий и высокий же пики были бы в 1600/600 = 2.67 раза выше. Это и пик H2O+ и множество кластерных ионов вида LaB+m с наблюдается, например, для пика B+, который вырос n максимальными пиками в области двухзарядных ионов. в 2.6 раза. Тем не менее пики ионов La+++ и La++ Спектр не содержит большого избытка лантана, хотя выросли соответственно в 7 и 5 раз. Пики в этих оценках такой избыток свойственен большинству развитых ситу- сравниваются по высоте. Более строгая оценка с учетом аций полевого испарения LaB6 [1,2]. К этому типичному ионов, попавших не только в канал максимального их состоянию можно прийти, как оказалось, путем времен- накопления, но также и в соседние каналы (т. е. подсчет ного снижения Vb. В последующих за спектром рис. 1, b всех ионов такого вида во всей массе пика) скорее всего опытах Vb снижалось последовательно до 11, 9 kV и усилила бы эти различия. Однако такой точный подсчет затем повышалось ступенями до 11, 12, 12.5 и, наконец, ионов затруднен из-за сильного перекрытия пиков в их 13 kV. В последнем случае был получен интересный нижней части. Что же касается ионов вида LaB+m для n спектр рис. 1, c. Для него характерны высокие и мощные n от 1 до 5 и m = 2 и 3, то здесь не наблюдается пики ионов La+++ и La++, а также богатые лантаном избирательного роста. Эти пики в более богатом спектре пики LaB+++ иLaB++ наряду с большим разнообразием (рис. 1, c) выросли в 2–3 раза, что неудивительно. Пики других пиков вида LaB+m. Пик La+++, такой же высокий, CO+ и H2O+ уменьшились заметно при переходе от n присутствовал уже при Vb = 12-12.5kV, однако мы спектра рис. 1, b к спектру рис. 1, c, что соответствует приводим здесь спектр рис. 1, c, поскольку он характе- улучшению вакуума по мере получения масс-спектров.

ризуется теми же параметрами Vb + Vp = 13 + 5.6kV, б) Природа избыточного лантана в массчто и два предыдущих приведенных спектра. спектрах типа рис. 1, c. Спектр рис. 1, c отвечает Что же произошло по мере наращивания Vb от на- поверхности с заметно избыточным содержанием La.

чальных 8 kV и последующего его изменения Почему Если попытаться оценить полное содержание La и B в три спектра для одного и того же объекта при тех же испаренном потоке на основе спектра такого типа, оно параметрах Vb + Vp так сильно различаются не будет отвечать формуле LaB6, а будет соответствовать Поверхность неочищенного после подготовки на воз- формуле LaBn, где n лежит в пределах 1-3. Избыточный духе острия LaB6 (которой соответствовал спектр La, по-видимому, типичен и для спектра типа 1, b, но рис. 1, a) инертна и прочна. Она не адсорбирует воду не в такой степени; вероятно, 6 > n > 3. За счет (ионы H2O+ не наблюдаются), ее атомы почти не ис- чего поток полевого испарения LaB6 в последнем случае паряются полем при импульсном напряжении 18.6 kV. обогащен лантаном Вряд ли следует предполать, что У этой поверхности возникают лишь ионы CO+. Те не- монокристалл LaB6 настолько неоднороден по состамногие ионы, что все-таки зарегистрированы, позволяют ву, чтобы спектры рис. 1, b и c отвечали объемному предположить, что поверхность покрыта коркой оксидов содержанию элементов. Элементный состав используебора и лантана. Эта корка ”пробивается”, разрушается мых игольчатых кристаллов LaB6 с высокой точностью лишь при импульсном напряжении 20.6 kV. Но при этом подтвержден химическим гравиметрическим анализом, а вода в спектре отсутствует, по-видимому, из-за того, однородность состава следует из рентгеноструктурных что ее нет на самой вершине острия. При 15 + 5.6kV измерений [4].

сильное постоянное базовое поле (при Vb = 15 kV) Отношение Vp к суммарному напряжению = удаляет ее уже на подступах к вершине. Снижение Vb на = Vp/Vb + Vp составляет 0.3. Вряд ли стационарное 1 kV позволяет адсорбированной воде достичь вершины, полевое испарение при Vb = 13 kV (особенно учитывая, идалее ионH2O+ наблюдается при всех Vb от 14 до 9 kV. что до этого уже были получены спектры при Vb = Спектр рис. 1, b, так же как и два предыдущих (при и 14 kV) обеспечивает активное и к тому же селективVb = 15 и 14 kV), содержит множество ионов вида ное испарение бора, так что лантана остается больше.

LaB+m, где n для максимально высоких пиков лежит в Отметим, что при Vb = 11 kV и том же Vp (при этом n 7 Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. 100 В.Н. Гурин, М.М. Корсукова, М.В. Логинов, В.Н. Шредник 0.34) спектр уже был обогащен лантаном. Кроме того, вся практика полевого испарения LaB6 показывает, что при селективном испарении в первую очередь будет уходить лантан, а не бор. Следовательно, причина избытка лантана в спектре, по-видимому, лежит в чем-то другом.

После того, как оксидная корка была удалена с области вершины острия (при Vb +Vp = 15+5.6kV), обнажилась поверхность чистого кристалла, которая в дальнейшем и испаряла разнообразные, в том числе кластерные ионы. Эта сугубо неравновесная поверхность содержит в определенном количестве атомы La. Разрушаясь при полевом испарении, решетка кристалла LaB6 генерирует среди поверхностных атомов La часть таких, которые могут мигрировать по поверхности при комнатной температуре. Эти атомы имеют определенное время жизни по отношению к испарению или к закреплению в узлах решетки. В стационарном случае создается некоторая поверхностная концентрация таких атомов, зависящая от поля и температуры.

Сами по себе эти атомы никакой избыточной концентрации не создают. Они в принципе при наличии определенных условий могут создать локально повышенную концентрацию в одном месте за счет понижения ее в другом, если поле и температура обеспечат Рис. 2. Кривая накопления ионов для случая спектра, предзначительный пробег таких атомов на поверхности за ставленного на рис. 3. Vb +Vp = 11 + 5.6 kV. Для законченного время их жизни. Такой пробег должен быть не меньше спектра n/N = 500/4250. J — число собранных ионов.

диаметра испаряющей площади на вершине острия. Эта площадь примерно на три порядка превышает площадь так называемой зоны зондирования, проектирующейся на диафрагму, через которую анализируемая часть ионов избыточный лантан будет находиться, а внутри приуходит в дрейфовое пространство. У нас она располавершинной области его не будет. По-видимому, такая гается на самой вершине острия. Спектр в атомном ситуация реализовывалась сразу после пробоя инертной зонде зарегистрирует избыточный над стехиометричекорки при Vb = 15 kV и затем при Vb = 14 kV. Спектр в ским соотношением La/6B лантан, если будет создана этих случаях примерно отвечал объемному составу.

избыточная концентрация свободных атомов лантана в 2) По мере снижения Vb или же по мере затупления зоне зондирования за счет обеднения им периферической острия эта граница приближается к вершине, и, когда она части испаряющей площади.

войдет в зону зондирования, спектр обнаружит избыточПостоянно действующее базовое напряжение Vb созный лантан. Упомянутая граница может полностью исдает у искривленной поверхности градиент напряженчезнуть (схлопнуться) в центре зоны зондирования, при ности электрического поля E, направленный к вершидальнейшем уменьшении Vb относительное количество не острия. Мигрирующие электроположительные атомы избыточного La в спектре будет возрастать.

лантана при наличии такого градиента E создают гра3) Полевое испарение ”на базе” может быть несущедиент концентрации C лантана с максимумом на самой ственным, тогда фактором, влияющим на концентрацию вершине [5], т. е. в области зоны зондирования. С другой La в зоне зондирования (а вообще и за ее пределами), стороны, скорость полевого испарения (как и диффузия будет импульсное испарение при Vb + Vp.

в поле) зависит от E и поток уносимых полем атомов La Почему же так различаются по содержанию лантана создает градиент C противоположного знака. Баланс спектры рис. 1, b и c Вряд ли в случае рис. 1, b между диффузионным притоком на вершину и оттоком за имело место ощутимое испарение La при Vb. Если б счет испарения атомов La полем определит в конечном это было так, мы не увидели бы пика воды, так как итоге поверхностную концентрацию лантана. При этом вода испаряется при меньшем поле, чем лантан. Скорее возможны различные случаи.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.