Feldelektronenmikroskop

Feldemissionsmikroskopie ist eine analytische Technik in der Materialforschung zur molekularen Oberflächenstrukturen und ihre elektronischen Eigenschaften zu untersuchen. Von Erwin Wilhelm Müller im Jahre 1936 erfunden wurde, war der FEM eine der ersten Oberflächenanalyseinstrumente, die nahezu atomarer Auflösung näherte.

Einbringen

Mikroskopie-Techniken werden verwendet, um den realen Raum vergrößerte Bilder einer Oberfläche zeigt, was es sieht aus wie zu produzieren. Im Allgemeinen Mikroskopie Oberflächeninformationen Bedenken Kristallographie, Oberflächenmorphologie und Oberflächenbeschaffenheit.

Feldelektronenmikroskop wurde von Erwin Müller 1936. FEM erfunden wurde das Phänomen der Feldelektronenemission verwendet wird, um ein Bild auf dem Detektor auf der Grundlage der Differenz der Austrittsarbeit der verschiedenen Kristallebenen auf der Oberfläche zu erhalten.

Design

Ein Feldemissions-Mikroskop besteht aus einer metallischen Probe in der Form einer scharfen Spitze und einer leitenden fluoreszierenden Schirm im Ultrahochvakuum bei. Der Spitzenradius beträgt typischerweise in der Größenordnung von 100 nm. Es besteht aus einem Metall mit einem hohen Schmelzpunkt besteht, wie beispielsweise Wolfram. Die Probe wird bei einer großen gegenüber dem Fluoreszenzschirm negativen Potential gehalten. Dies gibt das elektrische Feld in der Nähe der Spitze zu Spitze der Größenordnung von 10 V / m, die hoch genug für die Feldemission von Elektronen stattfinden soll, zu sein. 1 zeigt die Versuchs für FEM gesetzt.

Die Feld emittierten Elektronen bewegen sich entlang der Feldlinien und erzeugen helle und dunkle Flecken auf dem fluoreszierenden Schirm gibt eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zu den Kristallebenen der halbkugelförmigen Emitters. Der Emissionsstrom variiert stark mit dem lokalen Arbeitsfunktion in Übereinstimmung mit der Fowler-Nordheim-Gleichung; Daher zeigt der FEM Bild des projizierten Arbeitsfunktionskarte von der Emitteroberfläche. Die dicht gepackten Flächen haben höhere Arbeitsfunktionen als atomar rauhen Regionen und damit zeigen, dass sie sich im Bild als dunkle Flecken auf der helleren Hintergrund. Kurz gesagt, ist die Austrittsarbeit Anisotropie der Kristallebenen auf dem Bildschirm als Intensitätsänderungen abgebildet.

Die Vergrößerung wird durch das Verhältnis, in dem das Spitzenende Radius und ist die Spitze-Bildschirmabstand gegeben. Linearen Vergrößerung von ungefähr 10 bis 10 erreicht werden. Die räumliche Auflösung dieser Technik ist in der Größenordnung von 2 nm und wird durch den Impuls des emittierten Elektronen parallel zu der Oberfläche der Spitze, die in der Größenordnung der Fermi-Geschwindigkeit des Elektrons in Metall beschränkt.

Es ist möglich, mit einer Sonde Loch in der Leuchtstoffschirm und einem Faraday-Cup Sammler hinter den Strom von einer einzigen Ebene emittiert zu sammeln Einrichtung eines FEM. Diese Technik ermöglicht die Messung der Veränderung der Austrittsarbeit mit einer Orientierung für eine Vielzahl von Ausrichtungen an einer einzigen Probe. Die FEM ist auch verwendet worden, um die Adsorption und Oberflächendiffusionsprozesse zu untersuchen, die Nutzung der Arbeitsänderung mit dem Adsorptionsverfahren verbunden.

Feldemissions erfordert einen sehr guten Vakuum, und oft auch im Ultrahochvakuum ist Emission aufgrund der sauberen Oberfläche. Eine typische Feldemitter muss "geflasht" werden, um sie zu reinigen, in der Regel, indem ein Strom durch eine Schleife an dem es montiert ist. Nach dem Flashen des Emissionsstroms ist hoch, aber instabil. Der Strom mit der Zeit abnimmt und in den Prozess stabiler aufgrund der Kontamination der Spitze entweder aus dem Vakuum oder häufiger von Diffusion des adsorbierten Oberflächenspezies zu der Spitze. So ist die wahre Natur der FEM-Tipps während der Benutzung etwas unbekannt.

Anwendung der FEM wird durch die Materialien, die in der Form einer scharfen Spitze hergestellt werden kann, begrenzt ist, kann in einem UHV-Umgebung verwendet werden, und kann die hohe elektrostatische Felder zu tolerieren. Aus diesen Gründen, refraktäre Metalle mit hohem Schmelzpunkt sind herkömmliche Gegenstände für FEM Experimenten.

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