WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

поскольку микровыступы заостряются с увеличением Однако в случае эмиссии ионов, т. е. при одновременном кривизны K. В процессе заострения величина U10 ста- воздействии T и F, подобной стабильности не наблюдановится равной 1900 V, а = 20 100 1/cm при пониже- ется. Рис. 1, d показывает ситуацию, когда единственный нии Utr до 7.8 kV. Наконец, при уменьшении Utr до 7.5 kV микровыступ, показанный на рис. 1, c, эмиттировал ионы величина U10 слабо повышается до 1960 V, а понижает- в течение 20 min. Видно, что в процессе термополевого ся до 19 240 1/cm, что и соответствует приравновесным воздействия в областях {001} выросло пять микровымикровыступам. ступов и величина U10 = 1740 V, хотя величина при 8 Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 114 О.Л. Голубев, В.Н. Шредник этом практически не изменилась. При термополевом прекрасными эмиттерами как ионов, так и электронов.

воздействии на поверхности эмиттера непрерывно про- Они обладают всеми достоинствами приравновесных исходят процессы полевого кристаллического роста, что микровыступов, но более стабильны на поверхности.

и приводит к появлению новых микровыступов.

Недостатками углов по сравнению с микровыступами Можно попытаться удержать на поверхности эмитте- является тот факт, что углы эти можно получить лишь ра одиночный приравновесный микровыступ, прилагая к в определенных кристаллографических областях при нему очень слабые поля и отбирая очень слабые токи, определенной структуре эмиттера, тогда как приравночтобы уменьшить скорость ростовых процессов, однако весные микровыступы можно получить практически в и это может не привести к успеху. Рис. 1, e показывает любой точке поверхности при любой структуре эмитодиночный приравновесный микровыступ, полученный тера, никаких физических ограничений здесь не видно.

при Utr = 6.25 kV, Ftr = 0.37 V/ и T = 1400 K. Выступ Трехгранные углы являются более „тупыми“ объектами имеет параметры U10 = 2020 V и = 20 410 1/cm. Через по сравнению с микровыступами; если для микровы10 min непрерывной ионной эмиссии параметры выстуступов величины составляют 18 000–24 000 1/cm, то па практически не изменились, однако через 20 min для углов = 14 000-16 000 1/cm, т. е. для получения возникла эмиссионная картина, показанная на рис. 1, f.

того же значения тока требуются более высокие U и Картина эта соответствует острию, перестроенному в соответственно F.

электрическом поле, U10 = 3095 V и = 10 920 1/cm, т. е.

микровыступ просто исчез и „растворился“, поскольку достиг состояния, когда P > PF. Таким образом, проводя термополевую обработку при низких температурах T 1500 K, можно без труда получать приравновесные микровыступы, при этом эмиттер совершенно не тупится и ситуация полностью воспроизводима, однако практически невозможно удержать на поверхности единственный микровыступ. В процессе ионной эмиссии либо вырастают новые микровыступы, либо микровыступ растворяется.

При более высокой T обработки и соответственно более низких U и F можно получить другой тип перестройки W эмиттера [11], когда грани типа {112} не расширяются, а, наоборот, зарастают, а в областях {111} образуются трехгранные углы, получающиеся за счет расширения наиболее плотноупакованных граней {011}.

Рис. 2. Полевые электронные изображения поверхности В этих областях и можно попытаться вырастить прираввольфрамового эмиттера с ориентацией 110 в процессе терновесные микровыступы. Рис. 2, a показывает эмиссионмополевого воздействия при T = 1800 K. a — после прогрева ную картину поверхности эмиттера после обработки при при T = 1800 K и Ftr = 0.32 V/, b — после выдержки эмитT = 1800 K, Utr = 5.0kV и Ftr = 0.3V/. Видно, что в тера при T = 1800 K и Ftr = 0.32 V/ в течение 30 min, c — областях граней {111} образовалось два микровыступа, после кратковременного прогрева состояния b при T = 1200 K тесты показали, что это приравновесные микровыступы, в отсутствие поля, d — после кратковременного прогрева для которых U10 = 1760 V и = 19 856 1/cm. Если такой состояния c при T = 1400 K в отсутствие поля.

эмиттер выдерживать при тех же T и Ftr в течение времени, то величина U10 постепенно возрастает, а падает. Рис. 3 показывает изменение величины U10 во времени. Видно, что величина плавно растет от до 2426 V в течение 45 min и затем не меняется;

значение при этом ведет себя противоположно, т. е.

плавно уменьшается от исходного 19 856 до 14 978 1/cm и далее также не меняется. Эмиссионные изображения на рис. 2, b–d показывают, что при этом микровыступы постепенно тупятся и исчезают, а остаются трехгранные углы, на которых микровыступы выросли. Эти углы в областях {111} образованы вследствие расширения трех плотноупакованных граней {011}, поэтому углы и имеют тройную симметрию (рис. 2, b); термическое сглаживание эмиттера прогревом при T = 1200 K в отсутствие приложенного поля показывает основания этих углов (рис. 2, c) и форму перестроенного острия Рис. 3. Изменение величины U10 во времени при одновремен(рис. 2, d). Таким образом, трехгранные углы являются ном воздействии на W эмиттер, T = 1800 K и Ftr = 0.32 V/.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. Приравновесные термополевые микровыступы как эффективные полевые точечные источники... Для получения эмиттера ионов и электронов, имеющего всего один эмиттирующий трехгранный угол (либо микровыступ), расположенный в центре на геометрической оси острия, очень удобно использовать W, ориентированный гранью {111}. Подобный эмиттер был получен из образца, вырезанного из монокристалла W под определенным углом. На рис. 4, a показано исходное изображение эмиттера формы отжига, для которого U10 = 7121 V и = 4317 1/cm, т. е. острие имеет радиус r 0.8 µm. Эмиттер, вырезанный из монокристалла, требует несколько более высоких T обработки по сравнению с эмиттером, сделанным из проволоки.

Термополевая обработка при T = 2100 K, Utr = 7.5kV и Ftr = 0.32 V/ приводит к образованию микровыступа на ступенчатых областях граней {001} и трехгранного Рис. 5. Полевые эмиссионные изображения танталового угла в области {111} на вершине эмиттера (рис. 4, b).

эмиттера в процессе термополевого воздействия. a —после Снижение Utr до 6.75 kV при той же T вызывает прогрева эмиттера при T = 1450 K и Ftr = 0.22 V/, b —после растворение микровыступа и на поверхности остается прогрева эмиттера при T = 1550 K и Ftr = 0.32 V/, c —после трехгранный угол в центре эмиттера (рис. 4, c), для прогрева состояния b при T = 1200 K в отсутствии поля.

которого U10 = 3616 V и = 13 824 1/cm. Данный угол практически не меняет своих эмиссионных параметров при отборе ионного тока в течение нескольких часов.

U10 = 7050 V и = 3100 1/cm. Рис. 5, a показывает Наконец, рис. 4, d показывает эмиссионную картину перестройку эмиттера при T = 1450 K, Utr = 7.5kV, после термического сглаживания, видно основание трехFtr = 0.22 V/, острие при этом эмиссионно заострягранного угла в центре и маленький макронарост в ется значительно, поскольку образуются два острых области {001}, на котором вырос микровыступ.

угла в областях граней {111} вследствие расширения Рис. 5 показывает эволюцию поверхности Ta острия, граней {011} и углы в областях граней {113}, которые при термополевом воздействии. Ta имеет такую же образовались из-за расширения граней {001} и {011}.

кристаллографическую структуру объемно центрированДля такого эмиттера U10 = 3810 V и = 8685 1/cm.

ного куба, как и W, но несколько другую огранку поверхПовышение Ftr до 0.32 V/ и T до 1550 K приводит к ности, больший размер граней {011} и отсутствие граросту микровыступов на углах в областях {111}, данней {112}. Известно [12], что при термополевой обработные микровыступы путем снижения Ftr можно сделать ке Ta в отличие от W довольно легко перестраивается, приравновесными. Рис. 5, b показывает два таких приобразуя углы в областях {111}, происходит это именно равновесных микровыступа, для которых U10 = 3263 V вследствие специфики огранки поверхности. Эмиттер и = 10 263 1/cm. Эксплуатация такого эмиттера в реэтот довольно тупой, поскольку величина r 1.1 µm, жиме эмиссии ионов при тех же T и Ftr в течение первых 20 min вызывает слабое заострение микровыступов до U10 = 2538 V и = 12 694 1/cm, затем параметры микровыступов практически не меняются. Наконец, последний рис. 5, c показывает ситуацию после термического сглаживания микровыступов. В областях {111} видны яркие точки, соответствующие центрам зарождения микровыступов. Видно, что этих центров несколько, а эмиттирует тот микровыступ, который оказался наиболее острым, поэтому иногда микровыступ получается на изображении двойным, так как вырастают два рядом расположенных одинаковых микровыступа (рис. 5, d).

Следовательно, танталовый эмиттер в отличие от вольфрамового позволяет получать в областях {111} стабильно эмиттирующие приравновесные микровыступы, при этом использование трехгранных углов также возможно.

Рис. 4. Полевые эмиссионные изображения вольфрамового Выводы эмиттера с ориентацией 111 в процессе термополевого воздействия. a — исходная форма отжига, b — после проНа W эмиттере обычной ориентации 110 можгрева эмиттера при T = 2100 K и Ftr = 0.32 V/, c —после но получить одиночные приравновесные микровыстуснижения Ftr до 0.29 V/ при той же T, d — после прогрева состояния „c“ при T = 1200 K в отсутствие поля. пы при относительно низких T = 1400-1600 K и 8 Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 116 О.Л. Голубев, В.Н. Шредник Ftr = 0.4-0.6V/ практически в любой точке на вер- [8] Власов Ю.А., Голубев О.Л., Шредник В.Н. // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1988. Т. 52. № 8. С. 1538–1543.

шине острия. Однако с течением времени в процессе [9] Павлов В.Г., Рабинович А.А., Шредник В.Н. // ЖТФ. 1975.

термополевого воздействия параметры микровыступа Т. 45. Вып. 10. С. 2126–2134.

могут изменяться, меняется также и число микровы[10] Шредник В.Н., Глазанов Д.В., Конторович Е.Л. // ЖТФ.

ступов на поверхности вследствие явления полевого 2003. Т. 73. Вып. 9. С. 120–125.

кристаллического роста.

[11] Benjamin M., Jenkins R.O. // Proc. Roy. Soc. (London) A.

Получение двух единичных приравновесных микровы1940. Vol. 176. P. 262–279.

ступов все-таки возможно, но только в областях {111}, [12] Drechsler M. // Zs. Elektrochemie. 1954. Bd 58. S. 327–334.

где образуются в процессе термополевого воздействия острые трехгранные углы, и при более высоких T = 1700-2000 K и примерно тех же величинах Ftr.

Однако микровыступы в процессе эмиссии постепенно тупятся и растворяются, при этом обладают всеми достоинствами приравновесных микровыступов.

Одиночный, стабильно эмиттирующий трехгранный угол, расположенный в центре на геометрической оси острия, относительно легко получается на W эмиттере с ориентацией 111. Такой микровыступ является идеальным и стабильно работающим точечным источником ионов и электронов.

Ta эмиттер обычной ориентации 110 дает возможность относительно легко получить два стабильно эмиттирующих приравновесных микровыступа, симметрично расположенных относительно геометрической оси острия в областях {111}, используя термополевую обработку при Ftr = 0.3-0.5V/ и T = 1300-1500 K.

В отличие от W танталовый эмиттер дает возможность выращивать весьма стабильные приравновесные микровыступы.

Трехгранные углы перестроенного острия обладают по сравнению с микровыступами рядом преимуществ при использовании в качестве стабильных источников ионов, однако получить их можно только в определенных кристаллографических областях и при определенной структуре эмиттера, приравновесные микровыступы в этом смысле универсальны.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 04-02-17658) и программы Министерства науки и технологии Российской Федерации (контракт № 40.012.1.1.1152).

Список литературы [1] Власов Ю.А., Павлов В.Г., Шредник В.Н. // Письма в ЖТФ. 1986. Т. 12. Вып. 9. С. 548–552.

[2] Шредник В.Н. // Поверхность. 1998. № 2. С. 102–110.

[3] Голубев О.Л., Шредник В.Н. // ЖТФ. 2002. Т. 72. Вып. 8.

С. 109–115.

[4] Голубев О.Л., Шредник В.Н. // ЖТФ. 2003. Т. 73. Вып. 6.

С. 118–122.

[5] Власов Ю.А., Голубев О.Л., Шредник В.Н. // Рост кристаллов. М.: Наука, 1991. Т. 19. С. 5–21.

[6] Мюллер Э.В., Цонг Т.Т. Полевая ионная микроскопия, полевая ионизация, полевое испарение. М.: Наука, 1980.

224 с.

[7] Фоменко В.С. Эмиссионные свойства материалов. Справочник. Киев: Наукова думка, 1981. 338 с.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.