3.3.8.3. "Нагрівання – атоми, молекули" /8-3/

МТД – метод термічної десорбції

В основі МТД (методу "спалаху") лежить явище випаровування у вакуум із поверхні металів адсорбованих газів [2]. У найпростішому варіанті цього методу інформацію про термічну десорбцію отримують з аналізу залежностей тиску в замкнутому об'ємі від температури зразка.

МТД дозволяє визначати енергію зв'язку адсорбованих атомів і молекул (або енергію активації адсорбції), абсолютну величину покриття поверхні адсорбованими речовинами. Чутливість методу складає 10^–5 моношарового покриття адсорбату (при площі поверхні близько 0,1 см²). Найбільш успішними галузями використання МТД є дослід-ження адсорбції, окиснення й каталізу.

3.3.9. Електроемісійні методи

3.3.9.1. "Електричне поле – електрони" /9-1/

АЕМ – автоелектронна мікроскопія

Метод АЕМ базується на явищі автоелектронної емісії, яка виникає при присутності біля поверхні провідника зовнішнього електричного поля високої напруженості (E=10⁷ В/см) [2, 3]. Емісія електронів у таких умовах є результатом тунельного проходження електронів твердого тіла через потенціальний бар'єр на межі „поверхня – вакуум”, при цьому густина струму автоелектронної емісії залежить від роботи виходу .

Метод АЕМ дозволяє отримувати якісну картину розподілу  на різних гранях чистого монокристалічного емітера й вивчати зміни її значення в результаті нагрівання, напилення чужорідних атомів, адсорб-ції газів та інших впливів.

Для реалізації методу АЕМ використовують, наприклад, електронний проектор Мюллера. Найпростіший іонний проектор складається з автокатода – вістря, анода (кільця) і люмінесцентного екрана, розміщених у вакуумній камері.

Вся прикладена напруга зосереджена практично біля поверхні емітера і вектори напруженості практично перпендикулярні до поверхні вістря. Тому автоелектрони будуть рухатись нормально до поверхні емітера й падати на відповідні точки люмінесцентного екрана. Оскільки кутові розміри ділянки на поверхні вістря й відповідної ділянки на поверхні екрана майже однакові, тому їх лінійні розміри відносяться як r/l, де r – радіус вістря, l – відстань „вістря – екран”. У такий спосіб можна отримати збільшення до 10⁷ разів (при r=10 нм, l=10 см) і роздільну здатність до 1,0–2,0 нм на вістрі.

Аерв – автоелектронна робота виходу

У даному методі для визначення  використовується залежність густини струму емісії з урахування ефекту Шотткі за рівнянням [2]

, (3.10)

де E – напруженість електричного поля біля поверхні; (x) – табульована еліптична функція Нордгейма; .

Метод автоелектронної роботи виходу в основному використовується для дослідження поверхні тугоплавких металів, які не руйнуються під дією електричних полів високої напруженості. Робота виходу визначається для зразка у вигляді вістря радіусом 10 – 100 нм.

АЕС – автоелектронна спектроскопія

Автоелектронна спектроскопія використовується переважно для дослідження електронних процесів, які відбуваються при взаємодії поверхні металів і чужорідних атомів або молекул, наприклад при адсорбції [2, 3]. Енергетичний розподіл електронів, емітованих чистим вістрям і вістрям з адсорбатом, відрізняється: у випадку адсорбованої плівки з'являються додаткові піки інтенсивності. Аналізуючи їх, отримують дані про локальну густину електронних станів на поверхні металу. Метод володіє високою чутливістю до змін умов на поверхні, оскільки для дослідження енергетичного спектра адсорбованих атомів використовують власні електрони підкладки, які лежать в інтервалі енергій 1 – 2 еВ нижче рівня Фермі в металі.

КРП – метод контактної різниці потенціалів

Контактна різниця потенціалів виникає завдяки електронам провідності в умовах термодинамічної рівноваги між контактуючими провідниками [2]. При контакті двох провідників вони обмінюються електронами, кількість яких буде залежати від значення  у кожному провіднику: електрони переходять від провідника з меншим  до провідника з більшим . Обмін електронами відбувається доти, доки між провідниками не встановиться певне значення контактної різниці потенціалів. Умовою термодинамічної рівноваги розглянутої системи є рівність електрохімічних потенціалів, тобто рівність рівнів Фермі. Значення КРП дорівнюють різниці значень  і досягають для металів кількох вольт. За КРП метали розміщуються в так званий ряд Вольта: Al, Zn, Sn, Cd, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd. Кожний метал даного ряду при контакті з одним із наступних заряджується позитивно. На КРП впливають температура, поверхневі рівні енергії, присутність шарів різноманітних речовин на поверхні, зміна рівня Фермі внаслідок введення домішок, тому метод КРП використовують для вивчення адсорбції, механізму окиснення, дії каталізаторів тощо. Одними з методів вимірювання КРП є методи динамічного конденсатора (метод Кельвіна) та статичного конденсатора. У методі динамічного конденсатора одна з пластин рухома, тобто відстань між пластинами періодично змінюється. У цих методах обкладки конденсатора виготовляються з двох досліджуваних металів і досліджується вплив КРП на заряд конденсатора.