Результаты исследований

Общий вид ОТАЗ

Принципиальная схема работы оптического томографического атомного зонда (ОТАЗ) представлена на рис. 1. На образец подается постоянное напряжение в несколько киловольт, для испарения атомов исследуемого вещества на кольцо подается импульсное напряжение с частотой 2 кГц и длительностью несколько наносекунд. Величина импульсного напряжения находится в пределах 15÷25 % от постоянного. Форма и длительность импульса подбирается так, что бы за один импульс испарялось не более одного, двух атомов. После подачи высоковольтного импульса происходит испарение полем ионов с поверхности исследуемого образца, в этот же момент запускается отсчет времени. Каждый ион в зависимости от своей массы, энергии и точки испарения летит по своей траектории на детектор.

Детектор представляет собой комбинацию микроканальной пластины, системы стрипов, люминофора и цифровой CCD-камеры. Детектор регистрирует около 50% прилетевших ионов. При попадания иона на детектор происходит определение времени пролета и регистрируется место, куда попал ион. По этим данным определяется отношение массы к заряду (соответственно, химическая природа атома) и положение иона в момент отрыва с поверхности образца. Наличие рефлектрона позволяет компенсировать разницу во времени пролета ионов, испаренных в начале и в конце импульса [22, 23]. В рабочем объеме поддерживается вакуум (5÷7)×10⁻¹⁰ Торр, температура образца может составлять 13-100 K.

Размер исследуемой области составляет 17×17×200 нм, при этом количество зарегистрированных атомов находится в пределах (3÷7)×10⁵ атомов. Обработка данных эксперимента проводится на рабочих станциях с использованием специальных программ, восстанавливающих исходную 3D структуру испаренного образца и анализирующих особенности расположения атомов (например, поиск различных выделений).

К форме образцов-игл для томографических атомно-зондовых исследований предъявляются жесткие требования: помимо радиуса закругления 15÷20 нм, необходима конусность менее 11^о. Для получения необходимой формы, используется многоступенчатая система подготовки, включающая процесс нарезания штабиков размерами 300х300 мкм и длинной 1÷2 см, процесс предварительной электрополировки и электрополировки в «капле», и дальнейшее утонение импульсной полировкой. Качество приготовленных игл оценивалось с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEOL–EM 1200 EX.