1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 134
Текст из файла (страница 134)
Лдсорбированные молекулы газа, по-видимому, проникают в глубь металла прн нагревании тантала и вновь вы . ходят на поверхность при его охлажденнн. б. Влияние адсорбнрованных газов. Лаже в том случае, когда газ, который вводится в прибор, можно довести до высокой степени чистоты (в некоторых случаях до нескольких миллионных долей), вскоре после впуска в систему он может загрязниться молекулами примесей, десорбирующимнся с внутренних поверхностей. При десорбции одного моноатомного слоя с внутренней поверхности сосуда объел!ол! 1О сж' давленне внутри сосуда повышается на 4.!О-' мм рг.
сг. Прн этом плогность частиц примесей может оказаться равной плотности молекул газа, введенных в прибор в целях эксперимента. Загрязнения оказывшот влияние на многие поверхностные явления. Например, работа выхода атомно-чистого тантала равна 4,! эа, а если поверхность металла покрь1та молекуламп газа, она увеличивается до 4,9 эв (9). Согласно )дозе н Кларку (1), рабата выхода обычно увелкчивается прп адсорбции атомов с высокими потенциалами ионизации и уменьшается при адсорбцин атомов с низкими ионизационными потенциалами. Как показывается в й 2 настоящей главы, эмиссия вторичных электронов под действием медленных положительных ионов также зависит от загрязнений эмиттирующей поверхности.
Хагструм и Д'Линка ()О) использовали это обстоятельство для определения степени загрязнения металлических поверхностей. в. Получение атомна-чистых поверхностей. Как говорилось выше. адсорбированные газы можно удалить, повышая температуру поверхности. Розе и Кларк (!) установили, что при нагревании мсчалла до 700" К в хорошем вакууме можно удалить все адсорбированные атомы или молекулы, кроме нескольких последних монаатомных (мономолекулярных) слоев, а при на- ') Гелий иедст себя несколько иначе, чем другие инертные газы, поскольку атомы 11е благодаря свопм малым размерам могут довольно глубоко проникичь и твердые тела. см, )з).
срезании до 1900' К вЂ” все, кроме последнего мопоатомного слоя. Хагструм и Л'Лл!ико (10) получили обширный экспериментальный материал, свидетельству!опнгй о том, что нагревание поверхности вольфрама до 2200' К нд время порядка нескольких секунд обеспечивает атомную чистоту поверхности. Тугоплавкие материалы, например вольфрам, можно очищать таким способом, поскольку ани характеризуются большой энергией связи (до 8 эв)агам), Такис же материалы, как щелачные металлы, энергия связи которых очень мала„прп повышшши температуры испаряются раньше, чем успеют выделиться все загрязнения. Пользуясь в качестве стандарта свойствами поверхности вольфрама в отношении вторичнои электронной эмиссии, Хагструм и Д'Лл!ико (5) показали, что бомбардировка положительными ионами при определенных условиях эксперимента также позволяет получать атомно-чистые поверхности.
Хотя этот метод значительно сложнее, чем метод нагревания, ан имеет то преимущество, что с его помосцшо можно получать чистые поверхности на таких материалах, которые не допускают кратковременного нагревания до высокой температуры' ). Хагструму (12), например, удалось получить атомно- шстые поверхности германия ионной бомбардировкой, чего не удавалось достигнуть даже прн нагревании в течение 3 чис при !!70' К, т. е.
при температуре, всего лишь на 40" К меньшей температуры точки плавления германия. $ 2. Бомбардировка поверхностей тяжелыми частицами В данном параграфе мы рассмотрим явление выбивания вторичных электронов и тяжелых частиц из поверхностей, бомбардируемых ионами и нейтральными частицами. Кроме того, мы кратко остановимся на вопросе об отражении от поверхностей тяжелых частиц (при бомбардировке поверхнасгей быстрыми ионами). а. Выбивание вторичных электронов. Электроны могут выбиваться из поверхности при бомбардировке электронами, ионами или нейтральными молскуламн. При этом выход «вторич ных» электронов обычно характеризучот коэффициентам вторичной эмиссии, который равен среднему числу выбиваемых электронов, приходящемуся на одну пад пощую частицу.
Мы будем ') Этот метод применялся нсдинно при иссде,'юизииях яспускзиия электронов из л1стяллое при бомбярдиронке ионами инертных газон с энергией от 1 до 1а кэл. См. )11). глава ~з попппхиостныа явлгния «г в дальнейшем обозначать коэффициент вторичной эмиссии для падающих ионов и других тяжелых частиц символом уь а символом 6 — соответствующую величину для падающих электронов. Вторичная электронная эмиссия играет вангную роль прп экспериментальных исследованиях атомных столкновений и плазмы. Это явление иногда л1охгет оказаться очень полезным для экспериментатора, а иногда является лишь возможным источником ошибок.
Электронные умножнтели и фотоумножители, действие которых основано на явлении вторичнон электронной эмиссии, могут служить детекторами заряженных и нейтральных частиц и фотонов. У некотортпх металлических сплавов необычайно вьшокий коэффициент вторичной эмиссии, и такие сплавы особенно пригодны для изготовления умножителей (см.
ч 3 настоящей главы). Электронный умножитель с 12 и более ступенями вторичного умножения характеризуется очень высокой чувствительностью и позволяет измерять очень слабые токи пучков С помощью умножптеля, действующего как счетчик отдельных частиц, легко регистрировать заряженные или нейтральные частицы при наличии шумового фона, если энергия частицы превышает 5 кэв. Возможность регистрировать отдельные частицы пучка позволяет измерять токи величиной менее 1 частица/сея, что соответствует электрическим токам менее 10 "- а в случае однократно заряженных ионов '). Достаточно мощные пучки бомбардиру|ощих частиц моокно детектировать, заставляя пх падать па обычную металлическую поверхность и измеряя ток вторичных электронов, даваемых таким «одпокаскадным» преобразователем.
Специально приготовленная чистая поверхность мишени для такого «вторичноэлсктронного детектора» обычно не требуется. Установлено, по поверхности, покрытые газом, при работе детектора быстро стабилизируются и после этого коэффипнент вторичной эмиссии уже не меняется. Если же требуется определять число заряженных частиц, падшощих на металлическую поверхность, по величине первичного тока на эту поверхность, то приходится подавлять вторичную электронную эмиссию с помощью электрического поля, перпендикулярного поверхности, или параллельного ей магнитного поли.
Например, если пучок положительных ионов с током '! Такой метод регнетрацнн опнсан в статье !!3!. Метод регнетрацнн ноннин пучков с помощью умножителей вообще расемагрнпаетеп в работе [!4) Методы с ~ага нмпмльеов прн детентнрованнн очень слабьж пучков с аб» фентнвносгыо, близкой к 1ОО7м опасаны Дойла !!5! н Лфроснмовмл1 и др. !!б!. ВОО мха падает на поверхность с коэффициентом вчоричной эмиссии у,=-0,5 и еопи выбитые электроны не возвращаются на данну|о поверхность, то ток, измеренный на электроде-мишени, окажется равным 150 мпа. Таких ошибок можно избежать, если попьзовагься соответствующим образом сконструированным пилиндром Фарадея (17 — 19).
Значительные осложнения могут вызывать «рассеянные» электроны, возникакяцие случайно в результате вторичной эмиссии с внутренних поверхностей экспериментального прибора, я эту возможность всегда нужно иметь в виду. Кроме того, изолирующие поверхности внутри прибора следует экранировать от быстрых частиц пучка, ибо вследствие вторичной электронной элгиссии они люгут приобретать поверхностный заряд н тогда возникают паразнтные электрические поля. теория явления вгнбиваяия вторичных элекгроноа тяжелыми частпг!омп. Выбивание электронов с поверхности происходит путем возбуждения электрона и перевода его в область сплошного спектра уровней кинетической энергии, лежагцую над поверхностным потснциальнылл барьером. Необходиму|о энергию возбуждения дает падающая на поверхность тяжелая частица, Это — либо кинетическая энергия бомбардирующей частицы, либо ее внутренняя потенциальная энергия.
В первом случае мы имеем дело с «кипетическим», а во втором — с «потенциальным» выбиванием. Потенциальная энергия бомбардиру|ошей частицы может быть обусловлена ее пребыванием в иопизовапном или метастабильном состоянии, или в том и другом одновременно. (Время жизни обычных возбужденных состояний столь мало (порядка 1О' сап), что атомы в таких состояниях обь.чно переходят в невозбужденпос состояние, испуская излучение, раньше чем ударятся о поверхность.) Поскольку электрон не может обладать потенциальной энергией внутреннего возбуждения, в случае падающих электронов возможно только кинетическое выбивание.
Вопрос о выбивании электронов при электронной бомбардировке рассматривается в э 3 настоящей главы. Потенциальное вы 0 и на н не. Согласно Хагструму (9, 20, 21), на статьях которого основано последующее изложение, потенциальное выбивание из металлов происходит в результате электронного взаимодействия между падающим ионом н электронами проводимости в металле, когда ион находится на расстоянии нескольких ангстрем от поверхности. Потенциальное выбивание возможно только тогда, когда энергия ионизация более чем в 2 раза превосходит работу выхода матсриала поверхности. На фиг, 13.2.1 представлень1 энергетические диаграммы для металла для тех случаев, когда падающий нон находится еще повйрхкостныс явли1ня 1" ЛЬВА 1З Г' 1 Елре-1 — О ео Металл 1Я Не Шс,упень 1 Не Ступшо 2 Л гшхд далеко от поверхности (О) и когда расстояние 5 от иона до поверхности составляет несколько ангстрем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
