Микроострия. Свойства, изготовление, применение

Интересной представляется идея использования электростатического поля для разрушения образцов-микроострий. В проводниках, находящихся в электрическом поле, возникают механические напряжения. Они могут достигать предела прочности и быть причиной разрушения [17]. Неоднократно различные авторы пытались применить нагружение электрическим полем для оценки величины разрушающего механического напряжения микрообразцов [18,19]. В этих работах образцы имели форму микроострий с диаметрами при вершинах порядка 100 нм и располагались в вакууме на расстоянии нескольких сантиметров от плоского экрана перпендикулярно к нему.

К образцу – микроострию прикладывали положительный электрический потенциал такой величины, что оно разрушалось «пондеромоторными» силами. Обычной практикой было оценивать величину механических напряжений на основе использования выражения для «отрицательного электростатического давления» s=e

E

/2 [20], где Е – напряженность электростатического поля в выбранной точке у поверхности проводника; e

– диэлектрическая постоянная.

Механические напряжения в выбранном сечении образцов определялись путем суммирования сил, найденных с помощью вышеприведенной формулы на основе методики, описанной в [21]. Полученные результаты качественно соответствуют имеющимся представлениям и прогнозам относительно прочности металлов в диапазоне диаметров образцов 50 ?100 нм.

Нами проведены эксперименты по разрушению в электростатическом поле микроострий с диаметром при вершине 50—100 нм из вольфрама, молибдена, нержавеющих сталей.

Образцы помещались в автоионный микроскоп и нагружались электрическим полем по линейному закону с различной скоростью (10

?10

В/с) при температурах (300 K?78 К). Во всех случаях образцы перед экспериментом выдерживали при напряжении 5 кВ до полного прекращения процессов испарения полем. Этим достигалось получение микроострий с одинаковыми исходными радиусами при вершине. С целью предотвращения электрического разряда в момент разрушения образца, последовательно с ним включалось сопротивление 10

Ом.

Момент разрушения регистрировался по характерному резкому изменению изображения.

Рис.1. Зависимость между электрическим напряжением разрушения U и конечным диаметром d при вершине микроострия.

Предположение о том, что в данном случае резко снижается прочность под действием электрического поля (о возможности таких эффектов см.