Rev. Phys. Appl. (Paris) 12, 1631-1639 (1977)
DOI: 10.1051/rphysap:0197700120100163100

Ion impact on field emitter crystals

J.Y. Cavaille et M. Drechsler

Laboratoire des Mécanismes de la Croissance Cristalline du C.N.R.S., Université Aix Marseille , Saint-Jérome, Marseille, France

Abstract
The hypothesis is introduced that the ions impact distribution on a crystal surface is anisotropic, in the case where the crystal is a field emitter tip, and the ions are produced by field electrons collisions with the residual gas. This anisotropy is a result of the fact that nearly all the ions which bombard the tip hemisphere are produced very near the surface, where the electron current is highly anisotropic. The energetical and geometrical distributions of the bombarding ions (as well as absolute ion currents) are determined theoretically on the basis of electron and ion trajectories calculated by Vernickel and Welter. The geometrical ion distribution at the surface should form an image similar to the field electron microscope image. This image should be visualisable by an observation of the bombardment defects in a field emission microscope. Preliminary experiments have been made with a tungsten tip bombarded by hydrogen ions. These experiments as well as an evaluation of known field emission micrographs seems to confirm the anisotropy hypothesis and indicate the existence of the ion impact image.

Résumé
On fait l'hypothèse que l'impact des ions sur la surface d'un cristal est anisotrope dans le cas où le cristal est un émetteur de champ et les ions sont produits par la collision des électrons émis avec le gaz résiduel. Cette anisotropie est le résultat du fait que presque tous les ions qui bombardent l'hémisphère de la pointe sont produits très près de la surface où le courant électronique est très anisotrope. Les distributions géométriques et énergétiques de l'impact des ions (et les courants absolus) sont déterminées sur la base des trajectoires électroniques et ioniques de Vemickel et Welter. La distribution géométrique forme une image similaire à l'image du microscope électronique de champ. Cette image doit être visible par l'observation des défauts de bombardement dans un microscope à émission de champ. Des expériences préliminaires ont été faites sur l'impact des ions d'hydrogène sur le tungstène. Les résultats ainsi qu'une interprétation des images connues semblent confirmer l'hypothèse d'anisotropie et l'existence d'une image de l'impact ionique.

PACS
7970 - Field emission, ionization, evaporation, and desorption.
7920R - Atomic, molecular, and ion beam impact and interactions with surfaces.

Key words
Electron field emission -- Radiation effects -- Ion beams -- Hydrogen ions -- Anisotropy -- Tungsten -- Experimental study