Ультравысокий вакуум

Cтраница 3

Кювета для получения ИК-спектров и держатель образца [ 6а ]. [31]

Кроме того, некоторые кюветы конструируются так, чтобы можно было охлаждать образцы до температур жидкого азота. Исследование поверхностных свойств образцов, обладающих малой удельной поверхностью, требует применения техники ультравысокого вакуума для сохранения чистой поверхности в течение необходимого интервала времени. Однако, как отмечал Эйшенс [9], для материалов с большой удельной поверхностью, обычно используемых в ИК-исследованиях, рабочее давление около 10 - 6 мм рт.ст. оказывается достаточным, чтобы предохранить всю поверхность, за исключением небольшой ее части, от быстрого загрязнения. Если желательно избежать использования зеркала для изменения оптического пути, кювета должна иметь такую конструкцию, чтобы длина пути ИК-пучка через нее не превышала - 10 см, что соответствует длине образца, принятой в большинстве стандартных спектрометров. В литературе описаны многие конструкции кювет. Некоторые кюветы основных типов рассматриваются ниже. [32]

Данная глава рассказывает о современном состоянии исследований свойств хемосорбированного водорода. Эта область науки в значительной мере обязана своими успехами последним достижениям техники получения ультравысокого вакуума, способной обеспечить чистоту поверхностей адсорбентов, а также квантовомеханическим и статистико-термодинамическим методам получения надежной информации о хемосорбированном состоянии. Обзор теоретических исследований хемосорбированного состояния начинается с традиционного рассмотрения электронной структуры неограниченного кристалла. Хемосорбция водорода на собственных полупроводниках, таких, как Ge и Si, или на примесных полупроводниках, таких, как ZnO, обсуждается в § 3 с учетом поверхностных состояний. [33]

Связано это прежде всего с бурным развитием микроволновой электроники, успешным освоением технологии получения сверхчистых и совершенных монокристаллов, применением сильных магнитных полей, низких температур, ультравысокого вакуума и др. Все это открыло новые пути исследований. [34]

Показано, что эта система применима для изучения реакций обмена различных органических молекул яа пленках многих металлов. Если поверхность катализатора отравляется следами паров ртути из других частей установки или газами, десорбирующимися из вакуумной смазки и с поверхности стекла, не откачанного при высокой температуре, то реакционный сосуд можно припаять к остальной системе и использовать металлические затворы и систему обогрева, применяемые при работе с ультравысоким вакуумом ( гл. При работе с гранулированными катализаторами проблема диффузионного торможения становится более серьезной, чем при работе с пленками металлов. [35]

Обычно считают, что существенное влияние на результаты измерения адсорбции и теплоты смачивания оказывают условия откачки твердых тел. В опытах по физической адсорбции обычно достаточно давление порядка 10 - 5 мм рт. ст. При определении хемосорбции необходимо получить очень чистую поверхность, и для этого требуется создать по возможности очень высокий вакуум. Например, в опытах по хемосорбции сконденсированными пленками нужен ультравысокий вакуум - остаточное давление порядка 10 - мм рт. ст. В исследованиях по физической адсорбции необходимый вакуум получают с помощью системы ротационного вакуумного насоса и ртутного или масляного диффузионного насоса. [36]

Данные некоторых из этих измерений трудно назвать свежими, и поэтому их включение в обзор вряд ли уместно. Однако следует сказать, что Андерсон был одним из немногих исследователей в области физики поверхностей, работавших до 1940 г., чья вакуумная техника была достаточно хорошей, чтобы можно было относить его измерения к чистым поверхностям. Почти с полной уверенностью можно сказать, что он мог получать ультравысокий вакуум в экспериментальных трубках, хотя методы измерения столь низких давлений в то время разработаны еще не были. В течение длительного времени Андерсон использовал барий в качестве опорной поверхности, однако, к сожалению, в разных работах он делал различные предположения о величине работы выхода бария и к тому же пользовался различными подложками для бариевых пленок, что еще больше запутывает картину. [37]

Часто в высоком вакууме газы обнаруживают совсем иные физические свойства, чем при обычном давлении. Многие линейные соотношения справедливы только в области высоких давлений ( не ниже давления порядка 1 мм рт, ст.); напротив, свойства газа, характерные для высокого вакуума, ясно проявляются при давлении ниже 10 - 3 ммрт. При давлении 10 - 11 мм рт. ст., близком к предельному вакууму ( ультравысокий вакуум), который можно еще практически достигнуть и измерить [58-60], на 1 см3 приходится 105 молекул. [38]

Исследования этих двух металлов находятся в интересном соотношении друг с другом: торий и его соединения уже свыше полустолетия представляют промышленный интерес; аналогичный интерес к урану возник сравнительно недавно. Вследствие этого эмиссионные свойства тория и торированных нитей многократно измерялись многими исследователями, а измерения аналогичных параметров для урана очень скудны. Однако, несмотря на это несоответствие, нельзя сказать, что свойства чистых поверхностей тория известны лучше, чем урана, поскольку почти все измерения на тории проводились в те времена, когда техника ультравысокого вакуума не существовала, и ториевые поверхности, несомненно, содержали посторонние включения. Тот факт, что между всеми ранними измерениями на тории имелось замечательное согласие ( см. [126]), говорит лишь о том, что включения в тории легко воспроизводятся. Вероятно, они представляли собой слой окисла одной и той же толщины, поскольку известно, что ТЬСЬ стабилен вплоть до температуры 2250 С. [39]

Заметные изменения магнитных свойств обнаруживаются только в пленках, полученных при значительно более высоких давлениях. Из остаточных газов, находящихся в вакууме в процессе напыления на изменение магнитных параметров, наиболее существенно влияет, по-видимому, кислород. Для обнаружения эффектов увеличения Нс и 90 требуется парциальное давление, большее, чем 10 - 5 мм рт. ст. При исследованиях некоторых параметров, которые очень чувствительны к остаточным газам, например Ки, необходимы пленки, полученные в ультравысоком вакууме. [40]

Обычно отдают предпочтение химическому травлению. Этому способствует доступность, крайняя простота выполнения, приемлемые скорости процесса, невысокие температуры и несложное оборудование. Однако чистота поверхности, получаемая при химическом травлении, не всегда удовлетворительна. Для прецизионных исследований в условиях ультравысокого вакуума образцы должны быть подвергнуты дополнительной очистке, так как после химического травления поверхность еще содержит загрязнения, попадающие из травителя, а также тонкий слой окислов или других соединений, адсорбированных газов и молекул растворителя. [41]

Однако в отличие от рентгеновских лучей при обычных длинах волн и электронов с высокой энергией медленные электроны нельзя наблюдать прямо на фотопленке. Чтобы получить картину дифракции медленных электронов, приходится использовать электрический метод ( ЭМ) детектирования [2] или последифракционное ускорение ( ПДУ) электронов [8], при котором можно наблюдать места их ударов. В последнем случае не следует помещать в вакуум фотопленку, которая портит ультравысокий вакуум. [42]

Вначале систему откачивают так, как это описано выше, после этого обезгаживагот ионизационные манометры и тщательно активируют нити с малой величиной работы выхода. Когда давление в системе достигает 3 - 10 - 10 мм рт. ст. или меньше, закрывают вентиль тонкой регулировки и открывают ампулу с газом. Нить очищают мгновенным накаливанием до высоких температур и поддерживают в нагретом состоянии при какой-либо более низкой температуре, при которой не протекает адсорбция. Очевидно, что, если газы разлагаются на нитях в интервале между верхней температурой накаливания нити и температурой адсорбции, эту методику необходимо видоизменить. В этом случае очистку нити вспышкой следует провести в условиях ультравысокого вакуума до напуска газа. Пришлифованный газовый вентиль, который отсекает ячейку от насосов, устанавливают таким образом, чтобы скорость откачки была весьма малой ( - 50см3 / с), осторожно открывают вентиль притока до тех пор, пока давление в ячейке не возрастет до - 10 - 8 мм рт. ст. Когда давление в ячейке стабилизируется, нить охлаждают до температуры адсорбции ( например. К) и поддерживают ее в течение различных промежутков времени, необходимых для адсорбции. После завершения адсорбции нить нагревают с необходимой скоростью и записывают общий ионный ток. Обычно в эксперименте такого типа записывают только две из этих переменных величин на двухперьевом самописце. В конце десорбционного цикла нить очищают и поддерживают ее в изотермическом режиме при такой температуре, при которой не происходит адсорбции ( - 800 К для Н2); десорбировапные газы откачивают с не полностью закрытым вентилем, чтобы не менять его регулировку. Следующий адсорбционный опыт проводят только после того, как давление снизится до его первоначальной величины. [43]

Число соударений молекул газа при давлении р с единицей площади плоской поверхности равно p / ( 2icmfe J1) 1 / 2, где Т - абсолютная температура, am - масса молекулы газа. Эта формула позволяет нам подсчитать, что при комнатной температуре и давлении в I ммрт. X 1020 молекул ( предположим, азота) соударяется ежесекундно с каждым 1 см2 поверхности. Если допустить, что коэффициент прилипания, представляющий собой вероятность того, что молекула газа, столкнувшись с поверхностью, будет действительно адсорбирована на ней, равен 0 25 ( это вполне реальное значение [4]), то, следовательно, поверхность будет покрыта монослоем загрязняющего вещества примерно за 1 мксек. При остаточном давлении 10 - 6 мм рт. ст. время загрязнения увеличивается примерно до 1 сек, тогда как в ультравысоком вакууме оно составляет примерно 104 сек. Следовательно, чтобы уменьшить скорость загрязнения поверхности, целесообразно снизить давление. Но было бы ошибкой считать, что любой эксперимент, выполненный на поверхности, которая была приготовлена при умеренном остаточном давлении ( скажем, 10 - 6 мм рт. ст. ], следует считать неполноценным вследствие загрязнения поверхности. Теперь рассмотрим случай, когда в замкнутой системе создается свежая поверхность. Примем, что давление равно 10-в мм рт. ст., а площадь исследуемой поверхности составляет всего 100 еж2, тогда, если даже допустить, что все молекулы газа адсорбируются и переходят из газовой фазы на поверхность, получаем, что при этом будет загрязнено меньше 0 03 % поверхности. Очевидно, в таких исследованиях нет необходимости использовать сверхвысокий вакуум. [44]

Подготовка подложки оказывает большое влияние на температуру эпитаксип и ориентацию пленки. Важными факторами являются ориентация подложки, морфология и чистота поверхности. Морфология поверхности - присутствие на ней ступенек и микрограней - может оказывать непосредственное влияние на ориентацию пленки. Однако убедительных доказательств тому, что они имеют определяющую роль в апитаксии, нет. Бассет и др. [30] отмечают отсутствие различия в ориентации между зародышем золота, образованном на ступеньках на каменной соли и образованном между ступеньками. В работах Селла и Триллата [31], Ино и др. [32] показано, что температура эпитаксии изменяется в зависимости от того, где проводится скалывание подложки, на воздухе или в ультравысоком вакууме. Отмечается, что эпитаксия для большинства элементов, таких как золото, серебро, алюминий, никель, железо, медь, германий на подложках NaCl, сколотых в вакууме, происходит при температурах значительно ниже, чем на подложках, сколотых на воздухе. Эти металлы дают несовершенные ориентации ( 111) на поверхностях скола при) 0 - 8 мм рт. ст. С другой стороны, алюминий дает совершенную эпитак-сиальную структуру ( 111) при температурах подложки 100 С н ниже. Ожидается, что исследования эпитаксии, проводимые в условиях глубокого вакуума, позволят обеспечить воспроизводимое получение пленочных структур и дадут возможность лучшего объяснения механизма роста эпи-таксиальной пленки. [45]

Страницы: 1 2 3 4