Большой энциклопедический словарь:
ИОННЫЙ ПРОЕКТОР — безлинзовый прибор для получения увеличенного изображения поверхности (острия) твердого тела. Атомы газа, заполняющего прибор, ионизуются в сильном электрическом поле вблизи острия, отдавая ему свои электроны. Образовавшиеся положительные ионы попадают на люминесцентный экран, создавая контрастное изображение поверхности. Разрешающая способность ионного проектора ИОННЫЙ ПРОЕКТОР 10-10 м-1.
Большая советская энциклопедия:
Ионный проектор
Автоионный микроскоп, безлинзовый ионно-оптический прибор для получения увеличенного в несколько миллионов раз изображения поверхности твёрдого тела. С помощью И. п. можно различать детали поверхности, разделённые расстояниями порядка 2—3 , что даёт возможность наблюдать расположение отдельных атомов в кристаллической решётке. И. п. изобретён в 1951 немецким учёным Э. Мюллером, который ранее создал Электронный проектор.
Принципиальная схема И. и. показана на рис. 1. Положительным электродом и одновременно объектом, поверхность которого изображается на экране, служит остриё тонкой иглы. Атомы (или молекулы) газа, заполняющего внутренний объём прибора, ионизуются в сильном электрическом поле вблизи поверхности острия, отдавая ему свои электроны. Возникшие положительные ионы приобретают под действием поля радиальное (перпендикулярное поверхности острия) ускорение, устремляются к флуоресцирующему экрану (потенциал которого отрицателен) и бомбардируют его. Свечение каждого элемента экрана пропорционально плотности приходящего на него ионного тока. Поэтому распределение свечения на экране воспроизводит в увеличенном масштабе распределение плотности возникновения ионов вблизи острия. Масштаб увеличения m равен отношению радиуса экрана R к радиусу кривизны острия r, m = R/r (чем тоньше остриё, тем больше увеличение).
Вероятность прямой ионизации газа в электрическом поле оказывается значительной, если на расстояниях порядка размеров атома (молекулы) газа создаётся падение потенциала порядка ионизационного потенциала (См. Ионизационный потенциал) этой частицы. Напряжённость такого поля чрезвычайно велика — от 2 до 6 в/, т. е. (2—6)108 в/см. Столь сильное поле легко создать у поверхности острия (на удалении 5—10 от неё) при достаточно малом радиусе кривизны поверхности — от 100 до 1000 . Именно этим (наряду со стремлением к большим увеличениям) обусловлено использование в И. п. образца в виде тонкого острия. Происходящий в И. п. процесс ионизации газа в сильном поле острия носит название автоионизации.
Вблизи острия электрическое поле неоднородно — над ступеньками кристаллической решётки или отдельными выступающими атомами его локальная напряжённость увеличивается: на таких участках вероятность автоионизации выше и количество ионов, образующихся в единицу времени, больше. На экране эти участки отображаются в виде ярких точек. Иными словами, образование контрастного изображения поверхности определяется наличием у неё локального микрорельефа. Ионный ток и, следовательно, яркость и контрастность изображения растут с повышением давления газа, которое в И. п., однако, обычно не превышает примерно 0,001 мм рт. ст.; при более высоком давлении начинается газовый разряд.
Разрешающая способность И. п. зависит главным образом от касательных (относительно поверхности острия) составляющих тепловых скоростей ионов и от напряжённости ноля у острия. В отличие от электронного проектора, в И. п. влияние дифракции на разрешающую способность относительно мало вследствие значительно большей (по сравнению с электронами) массы ионов. Далее, разрешение И. п. существенно зависит от поляризуемости атомов (или молекул) рабочего газа; наиболее пригодны для использования в И. п. газы с малой (водород, гелий). Большинство частиц газа достигает поверхности острия, не претерпев ионизации. При обычных температурах они затем покидают её, обладая значительными касательными составляющими скорости. При охлаждении острия до температуры жидкого водорода или азота (20—78 К) неионизованные молекулы на некоторое время «прилипают» к нему, теряя свою кинетическую энергию. Их ионизация происходит после испарения с острия (для гелия на расстоянии — 5 от него; локальное распределение поля на таком удалении от поверхности достаточно хорошо выявляет атомную структуру острия, см. рис. 2).
И. п. широко применяется для исследования атомной структуры чистых металлов и различных сплавов и её связи с их механическими свойствами; всевозможных дефектов в кристаллах (См. Дефекты в кристаллах), в частности дислокаций (См. Дислокации) и повреждений, вызванных радиоактивным облучением; влияния способов обработки, например пластических деформаций, на свойства материалов. С его помощью изучают процессы коррозии (См. Коррозия), адсорбции (См. Адсорбция) и десорбции (См. Десорбция), свойства тонких пленок, осаждённых на поверхности металлов. Сопоставление результатов исследований в электронном проекторе и в И. п. позволяет получить значительную информацию об электронных свойствах металлов, сплавов и плёночных систем, чрезвычайно важную в современной электронике. Ведутся работы, ставящие целью изучение с помощью И. п. структуры биологических молекул.
Лит.: Мюллер Э., Автоионная микроскопия, «Успехи физических наук», 1967, т. 92, в, 2, с. 293; Автоионная микроскопия, пер. с англ., М., 1971.
Рис. 1. Схема ионного проектора: 1 — жидкий водород; 2 — жидкий азот; 3 — остриё; 4 — проводящее кольцо; 5 — экран.
Рис. 2a. Изображения поверхности вольфрамового острия радиусом 950 при увеличении в 106 раз в электронном проекторе (а). На изображении можно видеть только структуру кристаллических плоскостей.
Рис. 2б. Изображения поверхности вольфрамового острия радиусом 950 при увеличении в 106 раз в гелиевом ионном проекторе (б) при температуре 22 К. С помощью ионного проектора за счёт разрешения отдельных атомов (светлые точки на кольцах) можно различить бисерно-цепочечную структуру ступеней кристалической решётки.
Физический энциклопедический словарь:
(полевой ионный микроскоп, автоионный микроскоп), безлинзовый ионно-оптич. прибор для получения увеличенного в неск. млн. раз изображения поверхности тв. тела. С помощью И. п. можно различать детали поверхности, разделённые расстояниями порядка 2—3 ?, что даёт возможность наблюдать расположение отд. атомов в крист. решётке. И. п. был изобретён в 1951 Э. В. Мюллером (Е. W. Miiller, США), к-рый ранее создал электронный проектор.
Принципиальная схема И. н. показана на рис. 1. Положит. электродом и одновременно исследуемым объектом, увеличенная поверхность к-рого изображается на экране, служит остриё тонкой проводящей иглы. Атомы (или молекулы) газа, заполняющего внутр. объём прибора, ионизуются в сильном электрич. поле вблизи поверхности острия, отдавая ему свои эл-ны.
Рис. 1. Схема ионного проектора: 1 — жидкий водород; 2 — жидкий азот; 3 — остриё; 4 — проводящее кольцо; 5 — экран.
Возникшие положит. ионы приобретают под действием поля радиальное ускорение, устремляются к флуоресцирующему экрану (потенциал к-рого отрицателен) и бомбардируют его. Свечение каждого элемента экрана пропорц. плотности приходящего на него ионного тока. Поэтому распределение свечения на экране воспроизводит (в увеличенном масштабе) распределение плотности возникновения ионов вблизи острия, отражающее структуру поверхности объекта. Масштаб увеличения m примерно равен отношению радиуса экрана R к радиусу кривизны острия r, т. е.
m=R/r.
Вероятность полевой ионизации (см. АВТОИОНИЗАЦИЯ) газа в электрич. поле оказывается значительной, если на расстояниях порядка размеров атома (молекулы) газа создаётся падение потенциала порядка ионизационного потенциала этой ч-цы. Это значит, что напряжённость поля должна достигать =(2—6)*108 В/см, т.е. (2—6) В/?. Столь сильное поле можно создать у поверхности острия (на расстоянии 5—10 ? от неё) при достаточно малом радиусе кривизны поверхности — от 100 до 1000 А. Именно поэтому (наряду со стремлением к большим увеличениям) образец в И. п. изготовляют в виде тонкого острия.
Вблизи острия электрич. поле неоднородно — над ступеньками крист. решётки или над отдельными выступающими атомами его локальная напряжённость увеличивается: на таких участках вероятность полевой ионизации выше и кол-во ионов, образующихся в ед. времени, больше. На экране эти участки отображаются в виде ярких точек. Иными словами, образование контрастного изображения поверхности определяется наличием у неё локального микрорельефа. Другим фактором, влияющим на контраст, явл. электронная природа атома; так, напр., в сплаве Со и Pt более электроотрицательные атомы Pt отображаются как яркие точки, а находящиеся рядом атомы Со не видны. Ионный ток и, следовательно, яркость и контрастность изображения растут с повышением давления газа, к-рое в И. п., однако, обычно не превышает 10-3 мм рт. ст.
Разрешающая способность И. п. d находится в обратной зависимости от тангенциальной составляющей скорости иона, т. е., чем меньше кинетич. энергия ч-цы, превращающейся в ион, тем выше б. Поэтому остриё И. п. обычно охлаждают (до 4—78 К). При этом увеличивается аккомодация ч-ц изображающего газа. В сильном электрич. поле атомы газа адсорбируются на участках с наибольшей локальной напряжённостью поля (т. н. полевая адсорбция). Их присутствие даёт возможность получать высокодеталированное изображение (рис. 2), т. к. полевая ионизация изображающих ч-ц облегчается при полевой адсорбции на уже ранее адсорбированных ч-цах.
Рис. 2. Изображения поверхности вольфрамового острия радиусом 950 ? при увеличении в 106 раз в электронном проекторе (о) и в гелиевом ионном проекторе (б) при темп-ре 22К. На первом изображении можно видеть только структуру крист. плоскостей, тогда как с помощью ионного проектора за счёт разрешения отд. атомов (светлые точки на кольцах) можно различить бисерно-цепочную структуру ступеней крист. решетки.
Чем выше потенциал ионизации ч-ц, тем большее разрешение они обеспечивают. (Лучшими изображающими газами явл. Не и Ne.) Однако при этом требуются более сильные электрич. поля, что ограничивает круг объектов И. п. из-за полевого испарения. Примесь к рабочему газу другого снижает величину изображающего поля за счёт 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. п. широко применяется для исследования ат. структуры поверхности металлов, сплавов и соединений. С его помощью определяются параметры поверхностной диффузии отд. атомов и их элем. ассоциатов, при этом выявляются механизмы перемещения, что недоступно др. методам. С помощью И. п. наблюдаются и изучаются двухмерные фазовые превращения; в ат. масштабе исследуются внутр. дефекты в металлах и сплавах (вакансии, атомы в междоузлиях, дислокации, дефекты упаковки и др.); исследуются потенциалы межат. вз-ствия, электронные св-ва элементарных поверхностных объектов. Исследования с использованием И. п. привели к радикальному пересмотру представлений о границах зёрен в поликристаллах.
Сочетание И. п. с масс-спектрометром, регистрирующим отд. ионы, привело к изобретению ат. зонда, расширившего аналитич. возможности прибора.
Техника. Современная энциклопедия:
ионный проектор
(полевой ионный микроскоп), безлинзовый ионно-оптический прибор для получения увеличенного (в 106 —107 раз) изображения поверхности твёрдого тела. Позволяет наблюдать расположение отдельных атомов в кристаллической решётке. Представляет собой конусообразную колбу, дно которой покрыто слоем люминофора и служит экраном. В центре колбы расположен игольчатый электрод (остриё), окружённый кольцевым электродом. Атомы газа, заполняющего прибор, ионизуются в сильном электрическом поле вблизи острия, отдавая ему свои электроны. Образовавшиеся при этом положительные ионы бомбардируют люминесцентный экран, создавая увеличенное световое изображение поверхности острия. Ионные проекторы широко применяются при исследовании атомной структуры поверхности твёрдых тел из металлов, сплавов и соединений.
Схема устройства ионного проектора:
1 – игольчатый электрод; 2 – кольцевой электрод; 3 – экран; 4 – стеклянная колба
© «СловоТолк.Ру» — толковые и энциклопедические словари, 2007-2020