|
|
i
электрич. поле атомы газа адсорбируются на участках
с наибольшей локальной напряженностью поля (т. н. полевая адсорбция). Их присутствие да╦т возможность получать высокодеталированное изображение (рис. 2), т. к. половая ионизация изображающих
Рис. 2. Изображение поверхности вольфрамового острия радиусом 95 нм при увеличении в 10е раз ь электронном проекторе (а) и в гелиевом йодном проекторе (б) при темп-ре 22 К. На первом изображении можно видеть только расположение разл. кристаллич. плоскостей на поверхности острия; с помощью ионного дроектора можно различить атомную структуру ступеней кристаллической реш╦тки (светлые точки на кольцах),
частиц облегчается при полевой адсорбции на ранее адсорбированных частицах. Чем выше потенциал ионизации частиц, тем большее разрешение они обеспечивают. Лучшими изображающими газами являются гелий и неон. Однако при этом требуются более сильные электрич. доли, что ограничивает круг объектов И. п. из-за полевого испарения (см. Десорбция полем). Примесь к рабочему газу другого снижает величину изображающего поля за сч╦т понижения порогового поля полевой адсорбции.
Часто в И. п. применяют внутренний, микроканальный умножитель (МКУ), к-рый конвертирует ионный ток в электронный, многократно его усиливает и обеспечивает яркое изображение на экране. МКУ позволили использовать разнообразные рабочие газы, понижать их давление и тем самым значительно расширили возможности И. п.
И. л. широко применяются для исследования атомной структуры поверхности металлов, сплавов и соединений. С его помощью определяются параметры поверхностной диффузии отд. атомов и их элементарных ассо-циатов; при этом выявляются механизмы перемещения» что недоступно для др. методов, С помощью И. п. наблюдают и изучают двухмерные фазовые превращения; в атомном масштабе исследуют внутр. дефекты в металлах и сплавах (вакансии, атомы в междоузлиях, дислокации, дефекты упаковки и др,); исследуют потенциалы межатомного взаимодействия, электронные свойства элементарных поверхностных объектов; анализируют объ╦мы образцов посредством управляемого послойного удаления поверхностных атомов, используя полевое испарение при криогенных темп-pax. Исследования с применением И. п, привели к радикальному пересмотру представлений о границах з╦рен в поликристаллах. Сочетание И. п. с масс-спектрометром, регистрирующим отд, ионы, привело к изобретению атомного зонда,
расширившего аналитич. возможности прибора.
Лит.: Мюллер Э., Цонъ Т., Антонокная микроскопия, пер, с англ., М., 1972; и х ж е, Половая ионная микроскопия, полевая ионизация и полевое испарение, пер. с англ., М,, 1ЙЫ).
ИОННЫЙ ПУЧбК ≈ направленный поток положит, (одно- или миогозарндных) или отрицат. ионов, имеющий обычно малые поперечные размеры по сравнению с длиной и движущийся со скоростью, значительно превышаю щей хаотич. тепловые скорости составляющих его частиц. Впервые И. п. наблюдал Э. Гольдщтейн (Е. Goldstein) в 1886; в катоде газоразря-дной трубки были проделаны отверстия, через к-рые
ходили ионы, ускорснныев мсжэлектродномпромежутке, и создавали за катодом слабое свечение (т. и. к а н а л о-в ы е лучи}. В настоящее время И. п. получают с помощью различных ионных источников и формируют системами электрической и магнитной фокусировки. И. п. могут иметь вид цилиндра, конуса, ленты и т. п. Поведение И. п. зависит от нач. направленной скорости ионов, их тепловых скоростей, внеш. электрич. и магн. полой, парных столкновений ионов с частицами среды, а также от собственного объ╦много заряда пучка и магн. поля его тока. Важным параметром И. п., характеризующим влияние объ╦много заряда на его свойства,
является первеапс P=//£/J'\ где / ≈ ток пучка, A U ≈ ускоряющая ионы разность потенциалов. Пучки с пост, первеапсом при одинаковых размерах подобны друг другу. Хотя разброс тепловых (хаотич.) скоростей ионов может быть мал по сравнению с их направленной скоростью, часто именно теплопыо скорости ограничивают возможную фокусировку И, п., искажая его форму. Это качество кучка характеризуется т. п. эмиттан.-сом, связанным с проекцией фазового объ╦ма пучка на плоскость, к-рый приближенно вычисляют по ф-ле:
Уф=2Д0(2?уМеа) 'я, где Л0 ≈ радиус плазмы, служащей источником ионов с темп-рой Tr-t выраженной в единицах энергии, М ≈ масса иона. В отсутствие частиц противоположного знака осесимметричный И. п. расширяется вдоль оси z под действием собственного заряда и профиль И. п. описывается ф-лой:
= 2~3/4/1/! где /(я) ≈ известная табулированная ф-ция:
X
Для сохранения формы И. п. их объ╦мный заряд должен быть скомпенсирован зарядом частиц противоположного знака. Наиб, распространена «газовая» компенсация объ╦много заряда в И. п. При столкновении нек-рых положит, ионов пучка с атомами остаточного газа образуются электроны и относительно медленные положит, ионы. Последние выталкиваются из пучка элект-ркч. полем, а электроны накапливаются в н╦мт несмотря на то, что этому препятствуют кулоновские столкновения их с первичными ионами. Так достигается не полная, но значит, компенсация объ╦много заряда в пучке положит, ионов (рис. 1, я). Иначе происходит газовая
Рис. 1. Радиальноц распределение потенциала: а ≈ в пучке положительных ионов до компенса-
и после не╦ (Д<р└); б
К
в
пучне отрицательных ионой при различных давлениях гаяа: 1 ≈ в высоком вакууме; 2 ≈ при большом давлении, когда лучок в значительной мере компенсирован; 3 ≈ при большом дав-когда произошло обращение знака потенциала.
компенсация объ╦много заряда в пучке отрицат. ионов (рис. 1, 6). В этом случае при малом давлении газа накапливаемые медленные положит, ионы также лишь частично компенсируют объемный заряд И. и. Однако при достаточно большом давлении гааа происходит по-* рекомиенсация объемного заряда: за сч╦т накопления большого числа медленных положит, ионов потенциал в пучке изменяет своп знак и происходит «газовая фокусировка» пучка отрицательных, ионов.
Др. способ компенсации объ╦много заряда И. ib состоит в «принудительном» введении в И» п. пучков зарядов противоположного знака, т. е. в совмещении пуч-
