A SIMPLE THEORETICAL MODEL OF FIELD EVAPORATION

This work develops a theoretical model of field evaporation by constructing potential energy curves as explicit functions of electric field, charge transfer and distance from the electrical surface. Four separate contributions to the potential energy are considered : i) Electric field, ii) Image potential, iii) Electronic charge transfer and iv) Electronic binding. The final potential energy curve is formed by minimising the energy as a function of q for fixed F and z. This model suggests that the bonding point for a surface atom may be < 0.5Å from the image plane compared to ≃ 1.3Å calculated using a conventional charge exchange model

MECHANISMS OF ION FORMATION IN LIQUID METAL ION SOURCES

Un modèle théorique sur les sources d'ions à métal liquide a été développé qui permet d'expliquer : 1) la forme et les dimensions de la zone émissive ; 2) les mécanismes de formation des ions ; 3) les propriétés du faisceau ionique. Cet article est principalement consacré au § 2). Nous montrons que l'évaporation de champ est le mécanisme dominant de l'émission ionique et que l'existence d'ions de charge double ou multiple provient d'un phénomène de post-ionisation. Ce modèle est ensuite utilisé pour étudier les propriétés du faisceau émis, telles que : l'intensité angulaire, le déficit et la largeur énergétique, l'abondance relative d'ions de différents états de charge.We have developed a theoretical model of Liquid Metal Ion Source (LMIS) operation to explain consistently ; i) the shape and size of the ion emitting region, ii) the mechanisms of ion formation and iii) properties of the ion beam. In this paper we concentrate on ii), we find that field evaporation is the dominant ion formation mechanism and the occurrence of doubly or higher charged ions is attributed to a post-ionization mechanism. We discuss properties of the ion beams from LMIS such as angular intensity, energy deficit, energy spread and the relative abundance of different charge states in terms of our model of LMIS operation

IN DEFENCE OF THE TAYLOR CONE MODEL : APPLICATION TO LIQUID METAL ION SOURCES

Sujatha et al ont récemment suggéré que l'hypothèse du cône de Taylor était incorrecte. Nous avons examiné leurs arguments et trouvé que la situation physique qu'ils considèrent est fondamentalement différente de celles dans laquelle s'est placé Taylor et de celle qui intervient dans une source ionique à métal liquide. Nous présentons des resultats expérimentaux pour étayer l'hypothèse du cône de Taylor et attribuons les écarts observés par rapport à des effets dynamiques qui n'ont pas plus été pris en considération par Taylor que par Sujatha et al.Sujatha et al. have recently suggested that the Taylor cone hypothesis is incorrect. We examine their arguments and suggest that the physical situation that they consider is essentially different from that considered by Taylor and from that occuring in a real liquid metal ion source (LMIS). We present experimental support for the Taylor cone hypothesis and we attribute observed deviations from the ideal Taylor cone shape in LMIS to dynamic effects which were not considered either by Taylor or by Sujatha et al

RESOLUTION OF FIELD-ION MICROSCOPY VERSUS SCANNING TUNNELLING MICROSCOPY FOR OBTAINING SURFACE CHARGE DENSITY CORRUGATIONS

La densité de charge au-dessus d'une surface métallique ondulée est calculée afin de comparer la résolution du field-ion microscope (FIM) et le scanning tunnelling microscope. La surface est représentée par un modèle jellium. Les calculs indiquent que le FIM pourrait donner la meilleure résolution. Il est suggéré que le FIM peut être utilisé pour déterminer l'ondulation de la densité de charge au-dessus de la surface et donc pourrait élucider la structure de la cellule unitaire de la surface.Our investigations of the resolution of the field-ion microscope (FIM) and the scanning tunnelling microscope, based on calculations of charge density above a structured metal surface represented by a jellium model, indicate that better resolution may be expected in the FIM. We suggest that FIM can be used to determine the corrugation of the charge density above a surface and hence to elucidate the structure of a surface unit cell

ENERGY DISTRIBUTION OF FREE SPACE FIELD IONIZATION : APPLICATION TO FIELD STRENGTH CALIBRATION

Nous discutons la méthode de calibration du champ électrique à la surface d'un émetteur à partir des mesures de la distribution d'énergie cinétique des ions qui sont formés par ionisation de champ loin de l'émetteur. Nous présentons une nouvelle approche de cette méthode qui permettrait une meilleure calibration.We discuss the method of field strength calibration from energy distributions measurements of free space field ionization. An alternative approach is considered and an improved calibration is suggested

IMAGING GAS ADSORPTION IN THE FIELD ION MICROSCOPE : DEPENDENCE IN TIP FIELD STRENGTH AND TIP TEMPERATURE

Les conditions pour la formation d'une couche de gaz "imageant" adsorbé sur la surface d'un échantillon au Microscope Ionique de Champ sont recherchées en utilisant un simple modèle théorique pour le mouvement des molécules du gaz. On conclue, alors, que la formation de cette couche n'est possible que pour une certaine gamme de valeurs d'intensité du champ et de température.The conditions for an imaging gas adsorbed layer in the Field Ion Microscope to be formed are investigated using a simple theoretical model for the imaging gas hopping motion. It is concluded that such a layer is formed just for a certain range of tip field (or voltage) values and tip temperatures

BEST IMAGE CONDITIONS IN FIELD ION MICROSCOPY

La qualité de l'image produite par le Microscope Ionique de Champ dépend de certains paramètres opérationnels qui peuvent être ajustés afin d'améliorer résolution et contraste. Les conditions optimales d'opération sont étudiées en vue de les établir de façon quantitative. À cette fin, la courbe de probabilité d'ionization est calculée à l'aide d'un modèle JWKB et une nouvelle interprétation des conditions optimales est suggérée. Ainsi sont calculées les valeurs approximatives du champ qui donnent lieu à la meilleure image pour les gaz inertes, de l'hélium au xénon.The Field Ion Microscope image quality is dependent on operational parameters which can be adjusted in order to improve resolution and contrast. The best image operation conditions are discussed with the aim to define them quantitatively. To do so, a JWKB calculation for the ionization distribution is used and a new interpretation of the best image conditions is proposed. An approximate range for the best image field values for the noble gases from He to Xe is established, based on this new interpretation

A TIME-OF-FLIGHT MASS SPECTROMETER FOR SIMS AND FIELD IONISED NEUTRAL ANALYSIS USING A PULSED LMIS

A new surface analysis instrument has been developed using an energy-compensated time-of-flight mass spectrometer. Samples are ionised for analysis either by microfocussed laser irradiation or by sputtering with a microfocussed (< 0.25 µm) mass-filtered beam of Ga+ ions from a liquid metal ion source. A framestore-based data system allows the simultaneous capture o f both SIMS mass spectra and mass-resolved ion images. Data are presented illustrating both SIMS and Laser Microprobe performance. Data are also presented showing enhanced ion yield from the sputtering of a gold tip, due to field ionisation of sputtered neutrals