Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В современном физическом эксперименте, связанном с исследо­ванием поверхности, могут быть очерчены следующие основные тенденции:

1. Создание усовершенствованных методик, опирающихся на но­вейшие достижения экспериментальной физики.

2. Разработка установок — комбайнов, сочетающих несколько методов и оборудованных вычислительных техникой, что позволяет производить измерения и анализ химических, геометрических, элек­тронных и других свойств. Определяется переход от уникальных лабораторных установок к установкам, выпускаемым специализи­рованными фирмами: можно говорить о создании индустрии науч­ного приборостроения. В качестве примера на рис. 3.29 приведен общий вид установки, в составе которой имеются: Оже-спектрометр, рентгеновский электронный спектрометр, ионный микроскоп, элек­тронный микроскоп на вторичных электронах с разрешением 3<‘0мкм, Оже-микроскоп для элеметного анализа с разрешением до 1 мкм, ионная очистка, прибор для дифракции электронов и т. д. Установ-

ка оборудована системой вакуумной откачки до 10~8 Па, процессо­рами, графопостроителями, устройствами для манипуляций образ­цами, автоматической системой вывода образцов на заданную точ­ку с точностью 5 мкм, дисплеем и т. д. Кроме элементного анализа имеется возможность при высокой степени разрешения по сдвигу спектра энергии электронов в реакции оценить каталитическую активность материалов.

3. Совершенствование методов очистки поверхности и подготов­ки образцов. При проведении тонких исследований следует убедить­ся в том, что поверхность является чистой. Расчеты показывают, что при давлении 10~8 Па. максимальная скорость адсорбции со­ставляет около 0,1 монослоя в час (при р=10-4 Па мопослой обра-

зуется за 3 с). Четкого определения чистой поверхности нет; можно предполагать, что если структура поверхности близка к структуре объемной фазы, определенной тем или иным методом, то поверх­ность чиста. Однако следует помнить, что характер структуры при­поверхностных слоев может существенно отличаться от объемных даже для идеально чистых поверхностей из-за специфики поведения границы сред, поэтому даже при таком анализе появление необыч­ных для объема явлений по означает еще наличия грязи на поверх­ности. Так, дифракционные картины для кристаллов кремния, гер­мания некоторых интерметаллоидов имеют так называемые дробные порядки кристаллической структуры, свойственные загрязнениям, но на самом деле вызванные перегруппировкой атомов вблизи по­верхности.

Кроме классических методов очистки (обработка газами при определенных давлениях и температурах, нагрев в высоком вакууме и т. д.) все в большем масштабе применяется метод бомбардиров­ки поверхности ионами инертных газов. Однако при этом требуется высокая чистота инертного газа, а после бомбардировки — опре­деленные технологические операции (отжиг дефектов, возникающих при бомбардировке, удаление инертных газов и т. д.). Растет объем вакуумных камер, номенклатура вакуумной техники, обеспе­чивающей получение заданных параметров. На рис. 3.30 представ­лена установка с вакуумной камерой объемом 300 л (предель­ное остаточное давление 10~10 Па), рабочей температурой объ­ектов до 3000 К при гелиевых температурах стенки. Установка со­стоит из собственно камеры, криогенной станции, системы предва­рительной откачки, ионно-геттерных и турбомолекулярных насосов, устройств для автоматического управления и регулирования положе­ний образцов, источников воздействия на поверхность. Весьма важ­ным оказывается изготовление манипуляторов, позволяющих пере­мещать образцы с большой точностью и фиксировать их положение в пространстве.

4. Разработка новых технологий эксперимента, опирающихся на физические эффекты. В качестве примера рассмотрим широко ис­пользуемый метод модуляционной спектроскопии. Исследования мо­гут проводиться путем измерения не самого параметра, например коэффициента отражения поверхности, а его производной по возму­щающему фактору, в качестве которого может быть выбрано: дав­ление (пьезоотражение), электрическое поле (электроотражение и электропоглощение), температура (термоотражение), концентрация неравновесных оптически инжектированных носителей (фотоотраже­ние) и др. Общее преимущество, таких методов по сравнению с ме­тодами, в которых измеряется сама функция, — более высокая чув­ствительность, которая повышается на 2—3 порядка.

Наиболее эффективна модуляция с помощью электрического поля. В этом случае, например для системы электрод — электролит, почти все изменения разности потенциалов на электродах прихо­дятся на «плотную часть» двойного слоя и прилегающую к ней область твердого тела, поэтому сигнал электромодуляции связан главным образом с границей раздела твердое тело — жидкость.

5. Усовершенствование техники обработки полученных резуль­татов и их физической интерпретации. В качестве примера можно привести анализ взаимодействия электронов (например, в методе дифракции медленных электронов) с твердым тело. м. По результа­там экспериментов рассматривается разный характер явлений взаимодействия (от далыюдействующих сил при больших расстоя­ниях электрона от поверхности до неупругого возбуждения плазмо — иов или других типов возбуждений электронов), предсказыва­ется зависимость длины пробега и времени жизни от энергии электрона и т. д. Существуют стандартные программы для ана­лиза геометрической структуры по упругой дифракции медлен­ных электронов (работы Андерсена, Дюка и др.), по определению дисперсии поверхностных плазмонов, по неупругой дифракции мед­ленных электронов и т. д. В ряде случаев это позволяет дать мо­дельное описание чистых металлов и сплавов, а также комплексов, адсорбированных на поверхности.

Комментарии запрещены.