场致分解加工 Field decomposition processing

　　早已发现STM或AFM探针在使用过程中会在样品表面形成坑或包。排除探针压痕或电流加热熔融的因素，针尖的强电场是唯一可以解释表面坑形成的原因。在室温下任何表面原子或吸附原子都不可能因脱附离开表面，因为它们的热运动能远小于固体表面的脱附势垒。但原子的电离势垒却因局部强电场的存在而产生了变化。当电场强度足够高（约10V/nm），导致原子的电离势垒大大降低，足以与原子脱附需要的热运动相比拟。束缚表面原子的势垒被电场力克服，使原子从表面分解蒸发。此处是表面材料因针尖强电场而蒸发。对表面场蒸发现象研究研究最多的材料是金和石墨。许多研究报道钨探针可以在金表面形成几纳米到几十纳米大小不等的坑槽。坑槽的深度只有几纳米。高取向热解石墨（highly oriented pyrolytic graphite，HOPG）是STM或AFM成像研究中最常用的样品材料。无论是有意还是无意，当探针电压高于显微成像所需要的电压（<3V），探针就会在HOPG表面留下坑槽，电压越高，坑槽的直径越大。然而，实验发现坑槽只有在空气中的环境下形成。将空气压强减小到6.67kPa以下，坑槽形成过程停止。在一个大气压的纯氧或纯氮气氛中也无法形成坑槽。但如果加入2.67Pa的水蒸汽（H2O），又开始形成坑槽。根据上述观察，可以断定石墨烯表面形成坑槽的过程是一个场致化学反应过程。通常为了使碳原子从石墨烯表面分解释放需要外界电场克服碳原子间7.43eV的键合能量，但如果有水分子存在，只需要1.82eV外界能量就可以使石墨烯分解为CO和H2气体。近年来，随着对石墨烯的大量研究，扫描探针技术也开始用于对石墨烯的纳米加工[1]。

参考文献：

[1] 崔铮，《微纳米加工技术及其应用》，高等教育出版社，2013.04,251-252