Электрохимическое травление и характеристика точек Sharp поля излучения для ионизацией электронным ударом

Sharp советы или точек уже давно используются в микроскопии приложений, таких как автоионном микроскопа (FIM) ¹ и сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) ^2, а также ряд методов для получения острых наконечников различных материалов были разработаны ^3. Эти острые кончики могут также работать в качестве точек выбросов поля (FEPs) путем приложения высокого напряжения к ним, а также служить в качестве удобного источника электронного пучка. Одно из применений, таких как источника ионов производство с помощью электронно-ударной ионизации (EII). ФЭП является особенно предпочтительным в тех случаях, когда колебания температуры произведенная тепловыми излучателями нежелательны. Например, образование ионов через ЭИИ фонового газа или пара в высокой точности ловушек Пеннинга ^4,5.

Простой способ изготовления FEPs является электрохимически протравить вольфрамовые стержни, в растворе гидроксида натрия (NaOH). Этот метод является относительно просто реализовать с помощьюскромное оборудование, и было показано, весьма воспроизводимым и надежным. Ряд методов описаны в литературе и усовершенствования этих методов продолжают появляться ^6. Здесь мы опишем метод электрохимического травления вольфрама наконечниками в растворе NaOH. Наш метод является разновидностью ламельной высадки техники ^7,8 и плавающий метод слой ^9,10. Как эти два метода он позволяет производить двух советов от одной процедуры травления. Изображение экспериментальной установки для травления советы показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Травление аппарат. Фотография экспериментальной установки , используемой для электрохимического травления вольфрама стержней с раствором NaOH. Пожалуйста , нажмитездесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Электрохимическое травление вольфрама в водном растворе основания NaOH происходит через двухстадийный процесс. Во-первых, образуются промежуточные оксиды вольфрама, а во-вторых, эти оксиды не являются электрохимически растворяется с образованием растворимого вольфрамата анион. Этот процесс описан, в упрощенном виде, с помощью двух реакций

(1) W + 6OH ^– → В WO _{3 (S)} + 3H ₂ O + 6е ^– и

(2) WO _{3 (S)} + 2OH ^– → WO ₄ ^2- + H ₂ O.

Тока травления и молярность раствора NaOH используется влияет на время и напряжение, необходимое для травления через вольфрамового стержня. Изучение этих эффектов представлены и обсуждены. Что еще более важно, параметры травления оказывают влияние на геометрию советов и, как таковой, на их работы в режиме полевой эмиссии. Геометрия советы мы произвели характеризовались визуализации их с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM). Эти изображения могут быть использованы для оценки, например, радиус кончика инструмента. Кроме того, наконечники работали в режиме полевой эмиссии путем подачи отрицательного напряжения, как правило, в несколько сотен вольт до нескольких киловольт к ним и контроль результирующего тока электронной эмиссии. Зависимость между эмиссионного тока, I, и прикладные напряжения смещения, V, может быть описана уравнением Фаулера-Нордгейма ¹¹

(3) I = AV ² е ^{-Cr _эфф / V,}

где г _эфф эффективный радиус наконечника, А является константой, а C является вторая константа Фаулера-Нордгейм , В которых Ь = 6,83 эВ ^{– 3/2} В / нм,030eq11.jpg "/> является функция работы вольфрама ( ≈ 4,5 эВ), к является фактором , который зависит от геометрии (к ≈ 5), и это термин коррекции изображения Нордгейм ( ≈ 1) ^12. Следовательно, эффективный радиус наконечника может быть определена путем измерения электронного тока в зависимости от напряжения смещения. В частности, он может быть получен из наклона так называемый Фаулера-Нордхейма (FN) участке Ln (I / V ²⁾ против 1 / V.