Полевой ионный микроскоп, атомный зонд и его. Полевой ионный микроскоп, атомный зонд и его применение в материаловедении
 Скачать 0.71 Mb.
|
Полевой ионный микроскоп, атомный зонд и его применение в материаловедении.Выполнил работу студент 3 курса, группы 3РФ Кузьмин Георгий
Изображение конца острой платиновой иглы, полученное с помощью полевого ионного микроскопа . Каждое яркое пятно - это атом платины. Введение
Процесс формирования изображения FIM. Принцип действия полевого ионного микроскопа (ПИМ) основан на проективном характере получения ионного изображения поверхности образца и определяется конструкцией прибора (рис. 8.9). Рис. 8.9. Схематическое изображение автоионного микроскопа: 1 − хладоагент; 2 − ускоряющий экран; 3 − образец; 4 − траектория иона; 5 − фосфоресцирующий экран на токопроводящем покрытии; 6 − к вакуумному насосу и системе подачи газа Образец в виде игольчатого острия, приготовленного путем электролитической полировки, монтируется на молибденовых вводах вакуумной камеры микроскопа. Охлаждение образца-острия производится также за счет теплоотвода через молибденовые вводы, которые находятся при температуре сжиженных газов, в частности, жидкого азота (78 К). Пропусканием электрического тока через те же вводы можно нагревать образец-острие до необходимых температур. Давление остаточных газов в камере микроскопа может достигать 10−4−10−8 Па. В качестве изображающего газа служит инертный газ, как правило, гелий или неон. Рабочее давление изображающего газа составляет обычно около 10−3−10−4 Па и определяется соизмеримым с длиной среднего пробега ионов изображающего газа расстоянием между острием и флюоресцентным экраном(теперь замененного на многоканальную пластину ). Для получения ионного изображения поверхности образца-острия на флюоресцентном экране между ними создается разность потенциалов порядка нескольких киловольт. Причем экран имеет потенциал земли. Благодаря высокой напряженности электрического поля (E 500 МВ/см), возникающей на близкой к полусферической вершине острия-образца (r 100−1000 А), изображение ее поверхности формируется на экране положительными ионами изображающего газа, летящими по траекториям, нормальным к этой поверхности. Ионизация атомов изображающего газа происходит при определенной напряженности электрического поля и имеет место на расстоянии не ближе критического от поверхности вершины кончика острия 5 А (рис.8.10). Вероятность ионизации атомов изображающего газа намного выше над выступающими атомами поверхности, которые располагаются в местах изломов ступенек. Применение FIM, как и FEM, ограничено материалами, которые могут быть изготовлены в форме острого наконечника, могут использоваться в среде сверхвысокого вакуума (UHV) и могут выдерживать высокие электростатические поля . По этим причинам тугоплавкие металлы с высокой температурой плавления (например, W, Mo(Молибден), Pt(платина), Ir(иридий)) являются обычными объектами для экспериментов FIM. Атомный зонд и его применение в материаловедении.Атомный зонд был представлен на 14 - м симпозиуме Field Emission в 1967 году по Erwin Вильгельма Мюллера и JA Panitz . Он объединил полевой ионный микроскоп с масс-спектрометром, имеющим возможность обнаружения отдельных частиц, и впервые прибор мог определять природу одного-единственного атома, видимого на поверхности металла и выбранного из соседних атомов по усмотрению. наблюдателя ». Атомные зонды отличаются от обычных оптических или электронных микроскопов тем , что эффект увеличения возникает за счет увеличения, обеспечиваемого сильно искривленным электрическим полем, а не за счет манипулирования путями излучения. Этот метод является деструктивным по своей природе, удаляя ионы с поверхности образца, чтобы отобразить и идентифицировать их, создавая увеличения, достаточные для наблюдения за отдельными атомами, когда они удаляются с поверхности образца. Благодаря сочетанию этого метода увеличения с времяпролетной масс-спектрометрией , ионы, испаряемые под действием электрических импульсов, могут рассчитывать их отношение массы к заряду. Посредством последовательного испарения материала слои атомов удаляются из образца, что позволяет исследовать не только поверхность, но и сам материал. Компьютерные методы используются для восстановления трехмерного изображения образца до его испарения, обеспечивая информацию атомного масштаба о структуре образца, а также информацию о типе атомных частиц. Инструмент позволяет трехмерную реконструкцию до миллиардов атомов с острого наконечника (что соответствует объемам образца 10 000–10 000 000 нм 3 )Визуализация данных, полученных с помощью атомного зонда, каждая точка представляет собой реконструированное положение атома по обнаруженным испаренным ионам. ПрименениеАтомный зонд обычно используется в химическом анализе систем сплавов на атомном уровне. Это возникло в результате импульсных атомных зондов напряжения, обеспечивающих хорошую химическую и достаточную пространственную информацию в этих материалах. Металлические образцы из крупнозернистых сплавов легко изготовить, особенно из образцов проволоки, с помощью методов ручной электрополировки, дающих хорошие результаты. Впоследствии атомный зонд использовался для анализа химического состава широкого спектра сплавов. Такие данные имеют решающее значение для определения влияния компонентов сплава на объемный материал, идентификации особенностей реакции в твердом состоянии, таких как выделения твердой фазы. Такая информация может не поддаваться анализу с помощью других средств (например, TEM ) из-за сложности создания трехмерного набора данных с составом. Металлургия Полупроводниковые материалы часто поддаются анализу с помощью атомного зонда, однако подготовка образцов может быть более сложной, а интерпретация результатов может быть более сложной, особенно если полупроводник содержит фазы, которые испаряются при различной напряженности электрического поля. Такие приложения, как ионная имплантация, могут использоваться для определения распределения примесей внутри полупроводящего материала, что становится все более важным для правильного проектирования современной электроники нанометрового масштаба. Полупроводники |