Что Такое >  > п > поверхностная ионизация

Что такое поверхностная ионизация

поверхностная ионизация   Большая советская энциклопедия

поверхностная ионизация - термическая десорбция (испарение) положительных (положительная П. и.) или отрицательных (отрицательная П. и.) ионов с поверхностей твёрдых тел. Чтобы эмиссия ионов при П. и. была стационарной, скорость поступления на поверхность соответствующих ионам атомов, молекул или радикалов (за счёт диффузии этих частиц из объёма тела или протекающей одновременно с П. и. адсорбции) должна равняться суммарной скорости десорбции ионов и нейтральных частиц. П. и. происходит и при собственном испарении твёрдых тел, напр, тугоплавких металлов.

Взаимодействие частиц с поверхностями отображают кривыми типа показанной на рис. 1. Переход с кривой для нейтральных частиц А на кривую для ионов А⁺ на расстоянии х -> БЕСКОНЕЧНОСТЬ от поверхности соответствует ионизации частицы с переводом освободившегося электрона в твёрдое тело.

Рис. 1. Потенциальные кривые взаимодействия систем поверхность твёрдого тела - нейтральная частица (А) и поверхность - положительный ион (А⁺); х - удаление от поверхности; U(x) -энергия связи частицы с поверхностью. Расстояние х_рсоответствует равновесному состоянию частицы у поверхности, а глубины "потенциальных ям" lt и l₀ равны теплотам десорбции иона и нейтральной частицы соответственно. Разность lt -l₀ в данном случае равна разности энергии ионизации eV нейтральной частицы (V - её ионизационный потенциал, е - заряд электрона) и работы выхода поверхности еф.

Рис. 2. Характерные зависимости степени поверхностной ионизацшт а в стационарных процессах от температуры Т: 1 -для случая, когда теплота десорбции иона lt меньше теплоты десорбции нейтральной частицы 1о; 2 - в случае, когда lt- > 1о. Т₀ - температурный порог поверхностной ионизации.

Требуемая для этого энергия равна e(V - ф); V - ионизационный потенциал частицы, еф -работа выхода тела, е - заряд электрона. Выражение а через эти величины приводит к Ленгмюра - Саха уравнению, причём для положит. П. и. (lt+ - 1о) = e(V -ф), a для отрицат. П. и. (lt- - 1о) = е(ф-S), где е S -энергия сродства к электрону частицы. П. и. наиболее эффективна (а велико) для частиц с lt<l₀ или ф>V и S > ф; а для них уменьшается с ростом Т. При обратных неравенствах П. и. усиливается с возрастанием Т (рис. 2).

lt и l₀ зависят on N - обычно lt растёт, a 1₀ падает с увеличением N. Если при Т> То соблюдается условие эффективной П. и. (lt<l₀и vi>>vo), то при Т = То знак (lо - lt) меняется, а а начинает скачкообразно падать до малых значений. Т₀ наз. температурным порогом П. и.

Внешнее электрическое поле Е, ускоряющее ионы с поверхности, снижает величину lt. При Е<10⁷ в/см это
снижение Дl = е*КОРЕНЬ(еЕ) = 3,8- 10-^4*КОРЕНЬ(Е) эв (Е должно быть выражено в в/см). Соответственно растёт а. Если li<l₀ и vi>v₀, Е при стационарной П. и. уменьшает N и То. Так, T₀ для атомов Cs на W с 1000 °К при Е = 10⁴в/см снижается до 300 °К при Е = 10⁷ в/см. Это даёт основание рассматривать явления десорбции и испарения ионов электрич. полем при низких Т как П. и. Совр. экспериментальная техника позволяет наблюдать П. и. частице V =<10в и S=>0,6 в. С помощью электрич. поля эти пределы могут быть существенно расширены.

Приведённые выше закономерности П. и. справедливы (подтверждены опытом) для однородных поверхностей. Однако на практике чаще приходится иметь дело с неоднородными поверхностями, на к-рых l₀, lt, ф и N неодинаковы на различных участках. В таких случаях указанные зависимости а от Т к Е сохраняются для нек-рых усреднённых значений l₀, lt и ф.

П. и. широко используется в ионных источниках различного назначения, в чувствит. детекторах частиц, для компенсации объёмного заряда электронов в термоэлектронных преобразователях, перспективна для создания плазменных двигателей, а также лежит в основе мн. методов изучения физико-химич. характеристик поверхностей твёрдых тел и взаимодействующих с ними частиц.

Лит.: ЗандбергЭ. Я., Ионов Н.И., Поверхностная ионизация, М., 1969. Н. И. Ионов.