Способ определения работы выхода нетугоплавких материалов Советский патент 1980 года по МПК H01J9/42 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОТЫ ВЫХОДА

Изобретение относится к области экспериментального определения эмиссионных свойств материалов, в частности, измере ния работы выхода нетугоплавких материалов. Известен способ определения работы выхода, в основу которого положено измерение величины тока электронов, выбиваемых из металла при его облучении фотонами 1}. Однако при этом способе необходима тщательная очистка поверхности обраацов и поддержание ее в таком состоянии в течение всего эксперимента, кроме того, необходим эффективный контроль степени частоты поверхности. Наиболее близким по технической сущ ности к предложенному я вляется известный способ определения работы выхода нетугоплавких материалов, включающий из мнение автоэлектронного тока с игольча того эмиттера при различных значениях потенциала и последующий расчет по известной зависимости 2. Однако при этом необходима тщательная очистка поверхности и создание условий сверхвысокого вакуума. Для нетугоплавких материалов, когда образуемые на поверхности эмиттера пленки соединений с адсорбированными атомами и молекулами имеют температуру плавления больщую, чем температура плавления материала самого эмиттера - образна, возможность эффективной термической очистки поверхности отсутствует, вследствие чего невозможно определить истинное значение работы выхода нетугоплавкого материала. Цель изобретения - определение истинного значения работы выхода нетугоплавкнх материалов. Это достигается тем, что измеряют амплитуды низкочастотных флу1стуа1шй автоэлектронного тока в цепи катода, со- ответствующне одним и тем же частвшам. остаточного раза при двух напряжениях, и рассчитывают работу выхода материала по форм;упе: ((е,.32) nis Ic(hU -tv U2 bRoCU -) j . где L)-( и и2 -анодные напряжения, ЛьЗ и fikll2 - соответствующие им амплитуды низкочастотных флуктуации автоэлектронного тока, RO -средний радиус эм митера, р -геометрический фактор, С-размерная константа. Способ осуществляется след тощим образом. В авто электронном Mi-mpocKone между эмиттером-игольчатым образцом из иссле дуемого материала и анодом - проводящим покрытием флуоресцирующехх) экрана, прикладывается разность потенциалов, достаточную для создания автоэлектронного тока. Величина тока, согласно известному уравненшо Фayлepa-Hopдгeй a составляет: П -c- i-exDc о- 1, где UQ - напряжение эмиттер j анод, Ъ - геометрический фактор, Rj-, средний радиус эмиттера, Цо -работй выхода поверхности, а таднстанты C-i и Cg равны соответственно 9,87-10 и 6,81 При работе с нетугоплавкикти материа лами, когда очистить поверхность образца прогревом не удается и она покрыта слоем адсорбата(например, остаточных га зов) , значение Ч отлично от ИСТ1Шного значения о чистой поверхности а метод Фаулера-Нордгейма дает значение работы выхода именно Чпл. Истинное значение работы выхода о в указагагых условиях, может быть опре. делено путем намерения в цепи эмиттера низкочастотных флуктуации автоэлектронного тока. Их возникновение обусловлено следуюцик и эффектами. Эмитт1фуе1 -1ые образцом эле1строны, ускоряясь к аноду ионизируют атомыи молекулы остаточного газа, образованные ионы ускоряют.ся по направлению к эмиттеру и бомбард руют его поверхность. При этом некоторая доля лх энергии . передается пле ке и идет на десорбцию атомов. Если Ё средняя энергия десорбций атома, то чис ло испаренных h- зарядным ионом ада N -. . томов ЕС где е - заряд электрона. Испаренный объем - средний радиус адатома адиус очшценной от пленки поверхности миттера - (.Vu/Brf) ;ГОе cf - степень покрытия (точнее, кратная FCH толщина плен1си). Если -РО - ПА 7 эмиссия с очиенной при ударе иона поверхности увелиит общий эмиссионный ток на величину ,-да Здесь - ток с чистой поверхности эмиттера площадиТГ г | а - ток с той же площади для пленки. где константа С равна 4,3 1,54lO ic-e. Аналогично Г , о J и Тпг-а л Г Поскольку очищенная ионом поверхность эмиттера зарастает, за счет адсорбции остаточных газов и поверхностной диффузии - на времешюй зависимости автоэлектронного тока удар единичного иона регистр1фуется как пик низкочастотная флуктуация. Амплитуда пика ли зависит при постоянном и от заряда бомбардирующего иона и массы иона. В результате, при данном парциальном составе остаточ}юго газа на времешюй зависяктости авто электронно го тока наблюдаются (регистр1фуются) низкочастотные флуктуации, частота которых пропорциональна общему давлению в автоэлектропном микроскопе. Измеряя величины U. Л и дЗа ДЛЯ двух значений напряжений эмиттер - анод Ij и и о истинное значение работы выхода чистой поверхности Чо рассчитывают из отнощения ДО / л 32 ® зависящего от выбора значений с( с Предварительно определяют парциальный состав и парциальзюе давление остаточного газа и по расчетной частоте ударов тех или иных ионов выявляют на временных зависимостях автоэлектронного тока флуктуашш, соответствующие ударам ионов одного и того же газа (одной и той же компоненты).

Учитьтая экспоненциальный характер зависимости величины автоэлектронного тока от значения работы выхода Ч эммитера, с достаточ 1ым основанием можно положить А.и-лОо,и

,(eviлЗ -еи .

cCenu,-ehU5,)fbuoCu2-u) I

Значение среднего радиуса кривизны, поверхности эмиттера может быть определено либо из данных автоиошюмикроскопических исследований, либо с помощью электронного микроскопа.

Предложенный способ позволяет проводить измерения величины истинного значения работы выхода чистой поверхности материалов при вакууме порядка 1О мм рт. ст. с загрязненной адсорбированными остаточными газами поверхности. Это особенно важно при проведении высокотемпературных измерений, например, при изучении эмиссионных свойс различных кристаллографических модификаций нетугоплавких материалов, поскольку при повышенных температурах имеет место заметное газовыделение из образца. Кроме того, отпадает необходимость тщательно1Х1 контроля чистоты поверхзюсти, существенная и для известны способов.

Ф о рмула изобретения

Способ определения рвботы выхода нетугоплавких материалов, включающий

иамерение автоэлектронного тока с игольчатого эмиттера, отличающийс я тем, что, с целью определения истинного значения работы выхода, измеряют амплитуды низкочастотных флуктуаций автоэлектронного тока в цепи катода, соответствукяцие одним и тем же частицам остаточного газа при двух напряжениях, и рассчитывают работу выхода материала Чд по формуле:

,(еи&уеяйЗд) l

.-° tc(tliU,-thU,,)pRo(U2-U,))

где и и I) 2 анодные напряжения,

U 3 л - соответствующие им амплитуды шгзкочастотных флуктуации автоэлектрок но го тока, RO - средний радиус эмиттера, - геометрический фактор,

i размерная константа.

с Источники 1П1формаиии, принятые ЕЮ вштмание при экспертизе

(. R. anat:jsis of pViolotsctrto sensitivity iorcbean metats t various tenipe atures,PlTas.Rev.,

.,v.,p.452.FoN. R.H.,No(3heim i,.w.EE,ecron etriibbion ih -intehee eEectt ic ieE.cls,Proc.Roi.Soc.,l928,Noe.Al19,p.173 (прототип).