Введение к работе
. Актуальность теми.
Растущие требования к электровакуумным приборам стимулирует разработку новых и ссверпанствование ухе известных электронных эмиттеров,что в свое очередь, обусловливает и экспериментальные, и теоретические исследовния, направленные на выяснение механизма электронной эмиссии металлов, полупроводников и диэлектриков.
Теория электронной эмиссии металлов разработана в 30-е годы (Фаулер) и основана на модели свободных электронов Зоммереельда. Эта теория, практическиле учитывает влияние распределения электронов по энергиям внутри металла на электроннув эмиссию.
В общих чертах влияние внутреннего электронного спектра металлов на электронную эмиссие выяснено. В результате ухе разработан метод реюния обратной задачи: восстановление спектра электронного газа металла по ботоэмиссионным данным в области вакуумного ультра-виолета (метод Спаясера>. Однако, экспериментальные и теоретические исследования последних лет показывают, что некоторые положения теории Спаисера (объемность вотоэмиссии в области ВУФ, преобладание непрямых оптических переходов в «отоэмиссии переходных металлов и др.) неполностью отражает механизм вотоэмиссии. Поэтому при восстановлении электронного спектра металлов по «отоэмиссионным ре-зультатам,необходимо учитывать вклад в спектр фотоэлектронов других механизмов (прямые оптические переходы-объекная эмиссия, эмиссия из поверхностных состояний-одноступенчатыя механизм эмиссии, эмиссия из поверхностных уровней и др.).
Основной задачей данной работы было исследование влияния сложной зонной структуры таких переходных металлов, как Nb, Mo, Zr и их
- ' 4 сплавов на спектральнув зависимость квантового выхода еотозмиссии и кривые энергетического распределения еотоэлектронов, эмиттированных с их атомно-чистых поверхностей с целью выявления вклада в вото-эмиссионнып спектр обьемноя эмиссии и эмиссии из поверхностных состояния, а также влияние малых доз легированных металлических примесей на «отоэмиссиснные параметры вышеперечисленных объектов.
Объекты исследования, йономзистеллические образцы ниобия [грани С110>, С100> и (111)1, молибден (Ш), монркристаллическия сплав НЬ - Мо С2Ж>, поликристеллическия цирконии и сплав ниобия-циркония
а». ;
Цаучная новизна заключается в следующих результатах, полученных впервые: .'.'_'.'
-
Реализован в многофункциональном сверхвысоковакуумном цельнометаллическом приборе комплекс. методов: вето-, вторичноэлектронная спектроскопия и нвес-спектромвтрич, позволявшие получать инвормаиив в одном цикле об элементном составе, электронной структуре и эмиссионных свойствах поверхности металлов и их сплавов.
-
Проведены измерения в одинаковых условиях спектральной зависимости квантового вьжода-ї{пФ) трех граней ниобия вблизи порога еотозмиссии (ЫМ+Б,2эВЬ Показано, что зависимости КЬв) имеет анизо-тропир.обуслозлоннус плотность» электронных состояния вблизи уровня Ферми. Для грани {ПО) НЬ в знергетическом интервале ~ (О.Э-0,5> эВ ниже уровня Ферми наблюдается резкая рост зависимости Y(lrt).
-
Обнаружено, что для грани (111) їо и (110) Nb вблизи порога еотозмиссии (0,1*0,3 эВ) наблюдаются отклонения от квадратичной зависимости квантового выхода от энергии «отонов.. Это явление качественно объяснено в рамках вклада в дотоэмиссив поверхностных (резо-
нансных> уровней.
-
Методом изотермических кривых Фаулера определены значения вото-электронноя работы выхода (ФРВ>. трех граней ниобия, (111) молибдена и циркония. Показано влияние остаточного газа на ФРВ вышеперечисленных объектах.
-
Измерены спектральные зависимости квантового выхода фотоэмиссии (КВФ> сплавов ИЬ-Мо(2Х> и Nb-Zr(IX). Показано, что малая доза примесей (1+2Ї) металлических сплавов приводит к существенному изменению значения КВФ в области порога фотоэммсски.
-
Измерены кривые энергетического распределения фотоэлектронов для граней (110),(100).(111) Kb и (111) Мо, а такхе поликристаллического циркония. Показано.что в спектр вотоэлектронов вносят вклад прямые оптические переходы.эмиссия из поверхностных состояния (зон), эмиссия из поверхностных уровней <уровни Тамма и резонансные уров-ни> и неупругорассеянние вотоэлектроны. Вклад поверхностных уровней особенно четко проявляется в оотоэмиссии с поверхности грани (110) Kb, где в электронной структуре имеется шрокая запреценная зона.
-
Измерены кривые энергетического распределения фотоэлектронов мо-нокристалличэского сплава 1ІЬ-Во(110). Длительный Сболее 100 часов> высокотемпературный (2000-2400 К) прогрев сплава с контролем изменения элементного состава поверхности показал, что не происходит поверхностноя сегрегации атомов молибдена. Однако малое объемное содержание атомов Мо приводит к появлению дополнительных максимумов
'в фотоэлектронном спектре сплава.
1. Впервые обнаружена анизотропия спектральной зависимости квантового выхода вотоэмиссии в кристаллографических направлениях (110),
(100) и (111) монокристалла ниобия.
Е. Впервые показана, что малое содержание примесея (1+2) приводит
к существенным изменениям квантового выхода «отоэмиссии из
сплавов.
-
Анализ экспериментальных данных показал, что в спектре «отоэлек-тронов, снятом с поверхности (110) Nb, имеются максимумы, обусловленные поверхностными уровнями. СТаммовские, резонансные уровни) расположенные в зепредонноя зоне электронной структуры. данного направления симметрия. ,
-
После анализа полученных результатов был сделан вывод о том.что в спектр фотоэлектронов, снятия с поверхности гранеп монокристалла ниобия и молибдена вносят вклад прямые мехзонные переходы, эмиссия с поверхностных зон, поверхностные резонансные уровни и неупруго-рассеянные электроны.
5. В сравнительных экспериментах установлено, что в спектрах
Фотоэлектронов монокристаллического . сплава Nb- Mo (110), в от
личие от чистого Kb (110). появляются дополнительные максимумы
обусловленные наличием в объеме сплава атомов молибдена.
научная и практическая ценность работы. L. Получены, богатые экспериментальные данные по ФЭС монокристаллов тугоплавких металлов й их сплавов при наличии контроля вакуумных условия и условия на поверхности образцов.
-
Сопоставление эксперимента с теорией позволяет выполнить анализ вклада конкретного механизма формирования ФЭС Спрямые и непрямые, межзонные переходы, роль особенностей электронного спектра, поверхностные и резонансные уровни>.
-
Результаты работы способны стимулировать , дальнейшие пирокие
7 исследование фотоэмиссионных свойсто большого гласса материалов, каковыми являются переходные металлы и их сплавы с точки зрения получения новых перспективных материалов для вакуумноп текники и в разработке новых эффективных вотокатодов, что, естественно, и пред-ставллявт главную практическую ценность работы.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на VII всесоюзном симпозиуме по вторичной электронной, «отоэлвктронноп эмиссиям и спектроскопии поверхности твердого тела. Сг. Тапкент, 1990г), XXI Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав.заключения и списка цитированной литературы.
