Моделирование процессов экзоэлектронной эмиссии при нанозондировании металлических поверхностей

• Автор: Перепелкина, Светлана Юрьевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 94 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I Состояние вопроса.

1.1. Экзоэлектронная эмиссия

1.1.1. Термостимулированная экзоэлектронная эмиссия.

1.1.2. Фотостимулированная экзоэлектронная эмиссия.

1.2. Механоактивационная экзоэмиссия.

1.3. Моделирование процессов.

1.3.1. Классические модели.

1.3.2. Феноменологическое моделирование

Выводы.
ГЛАВА II Методы исследования механоактивационной эмиссии.
2.1. Классические подходы
2.2. Учет макроскопических параметров
2.3. Экспериментальные методы исследования механоактивационной эмиссии
2.4. Геометрические параметры зонда
Выводы.
ГЛАВА III Динамика взаимодействия зонда с поверхностью.
3.1. Моделирование динамики датчика локального взаимодействия
3.1.1. Действие консервативных сил.
3.1.2. Исследование закономерности Р сила сочастота при консервативном нагружении
3.1.2. Действие неконсервативных сил.
3.2. Координаты Фаулера Нордгейма
3.3. Имитационное стохастическое моделирование процессов.
3.3.1. Стохастическое моделирование закономерности Фаулера
Норд гейма.
Выводы.
ГЛАВА IV. Классификация топологии поверхностей на основе полиномов
4.1. Топология поверхности.
4.2. Примеры перечислительной классификации сигналов в системах мониторинга качества поверхностей
4.2. Трибосопротивление при наносканировании.
Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


ЭЭЭ без дополнительных средств возбуждения называют “темновой” эмиссией. Существует ещё один способ возбуждения ЭЭЭ - механическое воздействие. Для того чтобы разобраться в существе вопроса, необходимо создать физическую модель экзоэлектрон ной эмиссии, а также проверить модельные представления, опираясь на экспериментальные данные, в результате чего определить основные модельные параметры. В настоящее время таких модельных представлений для экзоэлектронной эмиссии не обнаружено, однако в году Фаулером и Нордгеймом было дано квантово-механическое объяснение возникновению электрического тока между двумя электродами, находящимися в вакууме, при создании сильного электрического поля. Логичным было рассмотреть ее дальнейшее применение и для феноменологического описания механоактивационной экзоэмиссии. В основу моделирования была положена закономерность Фаулера - Нордгейма. В модель механоактивационной экзоэмиссии заложена информация о топологии (шероховатости) поверхностных слоев и далее использован оригинальный перечислительный принцип классификации сигналов атомносиловой микроскопии на основе полиномов Морса. Кроме этого, интенсивность, характер и другие параметры механоэлектронной эмиссии зависят от воздействия на поверхность. В этом случае задачи на потери устойчивости играют немаловажную роль. Однако до настоящего времени вопросы динамической устойчивости с учетом неконсервативных сил не нашло развернутого освещения, в связи с этим в работе предлагается сравнение действия консервативных и неконсервативных сил при исследовании динамики воздействия на поверхность материала для получения ЭЭЭ. Целью работы является создание модели механоактивационной экзоэмиссии с привлечением закономерности Фаулера-Нордгейма, разработка перечислительного принципа классификации сигналов атомно-силовой микроскопии с учетом стохастической оценки параметров. Обосновать физический подход к математическому моделированию с использованием известных процессов электронной эмиссии. Построить модель механоактивационной экзоэмиссии на основе зависимости Фаулера - Нордгейма с учетом топологии (шероховатости) поверхности материала. Разработать алгоритм программы моделирования механоактивационной экзоэмиссии и стохастической оценки ее параметров. Промоделировать процессы механоэлектронной экзоэмиссии с использованием различных параметров. Оценить параметры закономерности Фаулера - Нордгейма в рамках стохастического моделирования. Разработать методику классификации топологии поверхностей на основе полиномов Морса. Дать оценку динамической устойчивости зонда. Разработать методику оценки трибосопротивления при перемещении зонда. Как отметил сопредседатель Международного симпозиума по ЭЭЭ в Брауншвейге ( г. Шарманн: «Сначала эффект вызывал удивление, позднее на него смотрели как на нежелательный возмущающий фактор, сейчас экзоэлектронная эмиссия развивается как самостоятельная область физики». ЭЭЭ известна со времен первых исследований радиоактивности. В г. Рассел [3] , повторяя опыты Беккереля по действию радиоактивных веществ на фотопластинки, отметил, что механическая обработка фольги цинка приводит к потемнению эмульсии. Кюри [4] наблюдал в г. Танака [5], изучая превращения в алюминиевой фольге, при бомбардировке электронами 0 кэВ обнаружил эмиссию электронов малой энергии, установив, что эти электроны испускаются не атомными ядрами. Гейгера — Мюллера, внутренняя поверхность которых обрабатывалась шлифованием. Впервые систематическое исследование явления осуществлено Крамером [8, 9], им же введена принятая в настоящее время терминология. Экзоэлектронной эмиссией (эффектом Крамера) названа низкотемпературная эмиссия электронов с поверхности твердого тела, возникающая в результате разнообразных внешних воздействий: ионизирующего излучения, пластической деформации, механической и термической обработки, окисления, адсорбции и др. Отличительной особенностью ЭЭЭ по сравнению с «классическими» видами электронного излучения является то, что при ЭЭЭ происходит значительно меньший перенос энергии.