Modulated molecular beam apparatus for studies of atomic interactions with surfaces.

A reliable and compact modulated molecular beam apparatus of special design, predominantly of glass construction, suitable for ultra-high vacuum operation in conjunction with field emission microscope has been designed, assembled and repeatedly operated, submersed in liquid nitrogen after being subject to as high as 20 hour bakeout at 450°C. The system is useful for studies of atomic adsorption, desorption, and surface migration phenomenon on wires or field emission microscope tips under controlled surface conditions in connection with certain applications in space technology (electric propulsion research, etc). This particular design involves the use of a capillary tube in order to construct the flow of adsorbate atoms at the exit slit to an acceptable small value and specially designed magnetically driven chopper for beam modulation purposes. It has been found that the operation below the mechanical resonance of the chopper armature enables rather accurate control of the armature so that certain gating of the voltages applied to the field emission microscope is possible. The special design features of this instrumentation in comparison with similar earlier designs and its operation in ultra-high vacuum and the results obtained in studies of surface ionization process will be presented. Es wurde eine betriebssichere und raumsparende Molekularstrahl-Apparatur besonderer Konstruktion entworfen, die im wesentlichen aus Glas besteht und die geeignet ist, unter Ultrahochvakuum-Bedingungen in Kombination mit einem Feldektronenmikroskop zu arbeiten. Nach einer Ausheizdauer von 20 h bei 450°C wurde die Apparatur in flussigen Stickstoff eingetaucht. Die Messanordnung ist zur Untersuchung der atomaren Adsorption, Desorption und zur Untersuchung von Oberflachenbewanderungsphanomenen an Drahten oder Spitzen—wie sie beider Feldemissionsmikroskopie verwendet werden—geeignet, und zwar unter kontrollierten Bedingungen und unter Berucksichtigung bestimmter Anwendungen in der Raumfahrt-Technologie (Untersuchungen elektrischer Antriebe usw.). Die vorliegende Konstruktion verwendet eine Kapillare, um die Stromung der adsorbierten Atome am Austrittsschlitz auf einen hinreichend kleinen Wert zu reduzieren. Das Gerat weist ausserdem einen magnetisch angetriebenen, speziell konstruierten Zerhacker fur die Modulation des Strahles auf. Es wurde gefunden, dass der Betrieb unterhalb der mechanischen Resonanz des Zerhackers eine recht genaue Regelung ermoglicht, so dass der Durchlass von Spannungen, die dem Feldelektronenmikroskop zugefuhrt werden, gesteuert werden kann. Die besonderen Eigenschaften des Instrumentes werden mit fruheren Konstruktionen verglichen, inbesondere im Hinblick auf den Betrieb im Ultrahochvakuum. Die bei der Untersuchung der Oberflachenionisationsvorgange erhaltenen Ergebnisse werden mitgeteilt. Un appareil fiable a faisceau moleculaire par systeme incorpore de construction speciale, en grande partie en verre, pouvant fonctionner sous ultra-vide conjointement avec un microscope a emission de champ a ete developpe, monte et mis en fonctionnement a differentes reprises immerge dans l'azote liquide apres avoir subi un chauffage de pres de 20 h a 450°C. Le systeme est particulierement utile pour les etudes d'adsorption, et de desorption atomique, et celle des phenomenes de migration de surface sur les fils ou les pointes des microscopes a emission de champ, dans des conditions de surface controlees liees a certaines applications de la technologie spatiale (recherches sur la propulsion electrique, etc). Cette construction particuliere necessite l'emploi d'un capillaire pour resserrer le courant des atomes adsorbes vers la fente de sortie a une valeur reduite acceptable, ainsi qu'un hacheur special a commande magnetique pour la modulation du faisceau. On a constate que le fonctionnement au-dessous de la resonance mecanique de l'armature du hacheur permet un controle assez precis de cette armature de sorte qu'il devient possible d'appliquer une certaine modulation aux tensions appliquees au microscope a emission de champ. Cet appareil sera compare avec des appareils analogues anterieurs, en indiquant les caracteristiques de son fonctionnement dans l'ultra-vide et les resultats obtenus dans l'etude des processus d'ionisation aux surfaces.