場離子顯微鏡

　　E.W.彌勒於1951年發明的一種解析度極高 (2～3Å)、能直接用於觀察金屬表面原子的分析裝置，簡稱FIM。

　　FIM是點投影的顯微鏡，結構很簡單（見圖）。但與通常的高解析度電子顯微鏡不同，它成像時不使用磁或靜電透鏡，是由所謂成像氣體的“場電離”過程來完成的。

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　　實驗時，鏡體內保持超高真空（10^-9Torr以下）。用電解腐蝕法制成的針狀樣品（其尖端曲率半徑小於1000Å）裝於鏡體內並被冷卻到78K以下，然後通入成像氣體He或Ne(10^-4～10^-5Torr)。當樣品加上高電場(約4V/Å)後，由於熱運動而射到樣品針尖的成像氣體原子會因受電場的誘導而極化並吸附於針尖表面的各個晶面的突出原子的上方。隨後，更多的成像氣體原子射到針尖表面，它們在表面上幾經跳躍並由於能量交換而逐漸被減速，最後它們中的一些停留在表面的突出原子處被極化瞭的成像氣體原子的上方，它們因電子隧道效應而被電離（“場電離”）。電離後的成像氣體離子再次受電場加速而沿電場線飛向陰極一側，中間經過電子倍增溝道板，由離子變成倍率很高的電子，然後投射到熒光屏，映出與樣品針尖表面的原子相對應的，倍率為10⁶～10⁷的原子放大像。

　　1967年，E.W.彌勒又設計出一種所謂“原子探針場離子顯微鏡”（Atom Probe FIM，簡稱APFIM），它是由場離子顯微鏡(FIM)與飛行時間(TOF)質譜儀組成的一種聯合分析裝置。APFIM的優點在於它不僅能觀察表面單個原子的行為，而且通過脈沖高壓使表面原子“場蒸發”的辦法，將被觀察的原子逐個進行“剝離”，並對其作質量分析，確定它的質量數。從而研究從表面到體內各個原子面上原子排列的三維狀態以及不同元素原子的分佈。這就使 FIM的研究進入瞭一個新的定量化的階段。目前，APFIM已有多種型式。常見的有飛行時間型(直線型和靜電偏轉型)、磁場偏轉型以及直接成像型等。最近，為解決導電性較差的半導體和絕緣體材料對瞬時脈沖“場蒸發”的困難，已發展出一種新的脈沖激光型APFIM，並已顯出它的廣闊應用前景。

　　FIM以及APFIM不僅可用於觀察固體表面原子的排列，研究各種晶體缺陷（空位、位錯以及晶界等），而且利用場蒸發還能觀察從表面到體內的原子的三維分佈狀況。早期的FIM研究，主要著重於金屬表面的結構缺陷，合金的晶界，偏析以及有序－無序相變和輻照損傷等。現在已逐步擴展到表面吸附、表面擴散、表面原子相互作用以及由溫度或電場誘導的各種表面超結構的研究（見表面物理學。由於APFIM的出現，近年來各種FIM研究都已進入定量化階段。

　　

參考書目

　E.W.Müller，Z.Tech. Phys.，Nr.131，S.136，1951.

　E.W.Müller，J.A.Panitz and S.B.McLane，Review of Scientific Instruments，Vol.39，p.83，1968.