क्षेत्र-उत्सर्जन माइक्रोस्कोपी

क्षेत्र-उत्सर्जन माइक्रोस्कोपी (FEM) आणविक सतह संरचनाओं और उनके इलेक्ट्रॉनिक गुणों की जांच करने के लिए सामग्री विज्ञान में उपयोग की जाने वाली एक विश्लेषणात्मक तकनीक है। 1936 में इरविन विल्हेम मुलर द्वारा खोजा गया, FEM पहले सतह-विश्लेषण उपकरणों में से एक था, जो निकट-परमाणु ऑप्टिकल संकल्प के पास पहुंचा था।

परिचय
माइक्रोस्कोपी तकनीकों का उपयोग किसी सतह की वास्तविक-अंतरिक्ष आवर्धित छवियों को बनाने के लिए किया जाता है जो यह दिखाती है कि यह कैसा दिखता है। सामान्य तौर पर, माइक्रोस्कोपी जानकारी सतह क्रिस्टलोग्राफी (यानी सतह पर परमाणुओं की व्यवस्था कैसे की जाती है), सतह आकारिकी (यानी सतह को बनाने वाली स्थलाकृतिक विशेषताओं का आकार और आकार), और सतह संरचना (तत्वों और यौगिकों की सतह से बना है) से संबंधित है।.

क्षेत्र-उत्सर्जन माइक्रोस्कोपी (FEM) का आविष्कार 1936 में इरविन मुलर द्वारा किया गया था। FEM में, सतह पर विभिन्न क्रिस्टलोग्राफिक विमानों के कार्य कार्य में अंतर के आधार पर डिटेक्टर पर एक छवि प्राप्त करने के लिए क्षेत्र इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की घटना का उपयोग किया गया था।.

डिजाइन
एक क्षेत्र-उत्सर्जन सूक्ष्मदर्शी में एक तेज नोक के रूप में एक धातु का नमूना होता है और अल्ट्राहाई वैक्यूम में संलग्न एक प्रवाहकीय फ्लोरोसेंट स्क्रीन होती है। उपयोग की जाने वाली टिप त्रिज्या आमतौर पर 100 एनएम के क्रम की होती है। यह टंगस्टन जैसे उच्च गलनांक वाली धातु से बना होता है। नमूना फ्लोरोसेंट स्क्रीन के सापेक्ष एक बड़ी नकारात्मक क्षमता (1-10 केवी) पर आयोजित किया जाता है। यह टिप एपेक्स के पास विद्युत क्षेत्र को 10 के क्रम में देता है10 V/m, जो इलेक्ट्रॉनों के फील्ड इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के लिए पर्याप्त उच्च है।

क्षेत्र-उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन क्षेत्र रेखाओं के साथ-साथ यात्रा करते हैं और फ्लोरोसेंट स्क्रीन पर चमकीले और गहरे धब्बे उत्पन्न करते हैं, जिससे गोलार्ध उत्सर्जक के क्रिस्टल विमानों के साथ एक-से-एक पत्राचार होता है। फील्ड इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन | फाउलर-नॉर्डहेम समीकरण के अनुसार स्थानीय समारोह का कार्य के साथ उत्सर्जन वर्तमान दृढ़ता से भिन्न होता है; इसलिए, FEM छवि उत्सर्जक सतह के अनुमानित कार्य फ़ंक्शन मानचित्र को प्रदर्शित करती है। बारीकी से पैक किए गए चेहरों में परमाणु रूप से खुरदुरे क्षेत्रों की तुलना में उच्च कार्य कार्य होते हैं, और इस प्रकार वे छवि में चमकदार पृष्ठभूमि पर काले धब्बे के रूप में दिखाई देते हैं। संक्षेप में, क्रिस्टल विमानों के कार्य-फ़ंक्शन अनिसोट्रॉपी को स्क्रीन पर तीव्रता भिन्नता के रूप में मैप किया जाता है।

आवर्धन अनुपात द्वारा दिया जाता है $$M = L/R$$, कहाँ $$R$$ टिप एपेक्स त्रिज्या है, और $$L$$ टिप-स्क्रीन दूरी है। लगभग 10 का रैखिक आवर्धन5 से 106 प्राप्त होते हैं। इस तकनीक का स्थानिक विभेदन 2 एनएम के क्रम का है और टिप सतह के समानांतर उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की गति से सीमित है, जो धातु में इलेक्ट्रॉन के फर्मी वेग के क्रम का है।

फॉस्फर स्क्रीन में जांच छेद के साथ एक एफईएम स्थापित करना संभव है और इसके पीछे एक फैराडे कप कलेक्टर एक विमान से उत्सर्जित वर्तमान को इकट्ठा करने के लिए संभव है। यह तकनीक एक नमूने पर विभिन्न प्रकार के अभिविन्यासों के लिए अभिविन्यास के साथ कार्य फ़ंक्शन की भिन्नता के मापन की अनुमति देती है। FEM का उपयोग सोखना और सतह प्रसार प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए भी किया गया है, जो सोखना प्रक्रिया से जुड़े कार्य-फ़ंक्शन परिवर्तन का उपयोग कर रहा है।

फील्ड उत्सर्जन के लिए एक बहुत अच्छे वैक्यूम की आवश्यकता होती है, और अक्सर अति उच्च वैक्यूम  (यूएचवी) में भी, स्वच्छ सतह के कारण उत्सर्जन नहीं होता है। एक विशिष्ट क्षेत्र उत्सर्जक को इसे साफ करने के लिए फ्लैश करने की आवश्यकता होती है, आमतौर पर एक लूप के माध्यम से करंट पास करके जिस पर यह लगा होता है। चमकने के बाद उत्सर्जन धारा उच्च लेकिन अस्थिर होती है। समय के साथ करंट का क्षय होता है और प्रक्रिया में टिप के संदूषण के कारण अधिक स्थिर हो जाता है, या तो वैक्यूम से, या अधिक बार adsorbed सतह प्रजातियों के प्रसार से टिप तक। इस प्रकार उपयोग के दौरान FEM युक्तियों की वास्तविक प्रकृति कुछ अज्ञात है।

FEM का अनुप्रयोग उन सामग्रियों द्वारा सीमित है जिन्हें एक तेज टिप के आकार में गढ़ा जा सकता है, UHV वातावरण में उपयोग किया जा सकता है, और उच्च इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्रों को सहन कर सकता है। इन कारणों से, उच्च पिघलने वाले तापमान (जैसे W, Mo, Pt, Ir) के साथ दुर्दम्य धातु FEM प्रयोगों के लिए पारंपरिक वस्तुएँ हैं।

यह भी देखें

 * परमाणु जांच
 * इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी
 * फील्ड आयन माइक्रोस्कोप
 * सतह विश्लेषण विधियों की सूची