Смердов Ростислав Сергеевич Повышение разрешающей способности и снижение порога детектирования систем электронно-зондовой спектроскопии за счет разработки и применения низкопороговых автоэмиссионных катодов

Короткий опис

Смердов Ростислав Сергеевич Повышение разрешающей способности и снижение порога детектирования систем электронно-зондовой спектроскопии за счет разработки и применения низкопороговых автоэмиссионных катодов

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

кандидат наук Смердов Ростислав Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРИБОРНОЙ БАЗЫ МЕТОДОВ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ

1.1 Вводные замечания

1.2 Современное состояние методов и систем электронно-зондового анализа

1.3 Обоснование необходимости увеличения разрешающей способности систем электронно-зондового анализа

1.4 Метод спектроскопии характеристических потерь энергии неупруго рассеянных электронов

1.5 Формирование спектра характеристических потерь электронов

1.6 Физические основы взаимодействия быстрых электронов с твердыми теламиЗО

1.6.1 Упругое рассеяние

1.6.2 Неупругое рассеяние

1.8 Особенности приборной базы системы спектроскопии характеристических потерь энергии электронов

1.8.1 Система формирования зонда

1.8.2 Стабильность тока линз

1.8.3 Сферическая аберрация

1.9 Катоды для методов электронной микроскопии

1.9.1 Электронная пушка стандартной конструкции

1.9.2 Катоды из гексаборида лантана

1.9.3 Полевые автоэмиссионные катоды

1.10 Монохроматоры для систем просвечивающей электронной микроскопии: преимущества и недостатки

1.11 Выводы по Главе

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СИСТЕМ СПЕКТРОСКОПИИ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОНОВ

2.1 Вводные замечания

2.2 Особенности и источники неопределенности регистрации рассеянных электронов

2.3 Разрешающая способность по энергии и энергетический диапазон

2.4 Отношение сигнал/шум и квантовая эффективность регистрации сигнала

2.5 Временная разрешающая способность систем спектроскопии EEL

2.6 Количественные исследования концентрации химических элементов и минимальный порог детектирования

2.7 Теоретическое обоснование увеличения разрешающей способности систем спектроскопии EEL за счет модификации существующих и создания новых источников электронов

2.9 Выводы по Главе

ГЛАВА 3 РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКОПОРОГОВОГО АВТОЭМИССИОННОГО КАТОДА

3.1 Вводные замечания

3.2 Теория Фаулера-Нордгейма

3.3 Эмиссия из низкоразмерных катодов

3.4 Модель низкопороговой эмиссии с использованием локализованных состояний с отрицательной энергией Хаббарда

3.4.1 Плотность состояний электронов в аморфных структурах

3.4.2 Локализованные состояния с отрицательной корреляционной энергией

3.4.3 Модель структуры и зонная диаграмма низкопорогового катода на основе функционализированного допированными серебром углеродными структурами на базе фуллерена C60 пористого кремния

3.5 Метод определения параметров эмиссии низкопороговых катодов с использованием графических структур типа Фаулера-Нордгейма

3.5.1 Основные определения и параметры теории эмиссии

3.5.2 Взаимосвязь локальных и макроскопических параметров полевой эмиссии

3.5.3 Методика анализа графиков типа Фаулера-Нордгейма

3.6 Выводы по Главе

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКОПОРОГОВОГО АВТОЭМИССИОННОГО КАТОДА

4.1 Вводные замечания

4.2 Получение композиционного материала на основе функционализированной пористой матрицы

4.2.1 Технология синтеза композиционных магнитных наночастиц FemOn-SiO2 с использованием золь-гель процесса и технологии соосаждения

4.2.2 Методика создания пористого кремния с использованием системы анодного травления

4.2.3 Процедура формирования массива наночастиц Ag на поверхности пористого кремния

4.3 Экспериментальные исследования структуры и свойств композиционного материала на базе функционализированного пористого кремния

4.3.1 Исследование спектров оптического поглощения композиционных наночастиц FemOn-SiO2

4.3.2 Исследование рамановских спектров композиционных слоев наночастиц FemOn-SiO2

4.3.3 Исследование спектров ЭПР слоев композиционных наночастиц FemOn-SiO2

4.3.4 Исследование композиционных слоев ПКМ^ методом электронно-абсорбционной спектроскопии

4.3.5 Анализ композиционных слоев ПКМ^ методом усиленного поверхностью комбинационного рассеяния и обработка регистрируемых сигналов с использованием теории квантовой локализации

4.4 Прототип полевого катода на основе пористого кремния, функционализированного допированными углеродными структурами на базе фуллерена ^

4.4.1 Исследование структуры композиционного материала на основе пористого кремния, функционализированного допированными углеродными структурами на базе фуллерена ^

4.4.2 Анализ эмиссионных характеристик и модель низкопороговой эмиссии из прототипа катода

4.5 Применение низкопорогового автоэмиссионного катода для увеличения разрешающей способности и снижения минимального порога детектирования следовых концентраций химических элементов систем спектроскопии характеристических потерь энергии электронов

4.6 Расчет расширенной неопределенности результатов измерений

4.7 Выводы по Главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Теоретическое описание процессов неупругого рассеяния электронов на внешних и внутренних оболочках атомов

ВВЕДЕНИЕ