1、場(chǎng)離子顯微鏡張紅敏場(chǎng)離子顯微鏡原理場(chǎng)離子顯微鏡（FIM）是一種具有高分辨, 高放大倍數(shù)且能直接觀察固體表面原子的表面研究裝置。它是從場(chǎng)發(fā)射顯微鏡(FEM)發(fā)展而來(lái)的,1937年E.W Muller開始研究場(chǎng)發(fā)射顯微鏡,用以研究化學(xué)吸附和表面擴(kuò)散等,但分辨率很差所以不能看到單個(gè)原子,而將場(chǎng)離子顯微鏡與飛行時(shí)間質(zhì)譜連接而構(gòu)成所謂原子探針場(chǎng)離子顯微鏡（APFIM）, 則既可以直接觀察樣品表面的原子排列, 又可以鑒別極微區(qū)（幾個(gè)）內(nèi)原子的成分,場(chǎng)離子顯微鏡已廣泛應(yīng)用于表面科學(xué)及材料科學(xué)方面的研究。場(chǎng)離子顯微鏡將經(jīng)電化學(xué)腐蝕后達(dá)到一定曲率半徑的針尖樣品正對(duì)著平板狀的熒光屏，為了提高針尖樣品的發(fā)射穩(wěn)定性和

2、分辨率, 須將樣品冷至液氮、液氫或液氦溫度,其次要將鏡體內(nèi)的殘余氣體抽真空，然后導(dǎo)入He，Ne等稀有氣體以及H2等或者它們的混合物作為成像氣體。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將針尖加上強(qiáng)正電壓，于是在針尖尖端與螢光屏(接地) 之間就產(chǎn)生放射狀的電場(chǎng)。由于在針尖部分場(chǎng)強(qiáng)很強(qiáng)，由于量子力學(xué)的隧道效應(yīng), 成像氣體原子很容易被離化，即“場(chǎng)離化”，然后, 氣體離子就沿著放射狀電場(chǎng)加速到達(dá)熒光屏, 在熒光屏上產(chǎn)生與表面原子一一對(duì)應(yīng)的輝點(diǎn)。場(chǎng)離子顯微鏡的基本原理包括:1.量子力學(xué)中電子的隧道效應(yīng)。它又稱勢(shì)壘貫穿，是指一個(gè)運(yùn)動(dòng)的電子遇到一個(gè)高于電子能量的勢(shì)壘，按照經(jīng)典力學(xué)，它是不能越過勢(shì)壘的，但是按照量子力學(xué)，可以解出除了在勢(shì)壘處

3、的反射外，還有透過勢(shì)壘的波函數(shù)，這表明在勢(shì)壘的另一邊，粒子仍具有一定的概率。它反映了微觀粒子的波動(dòng)性的存在。如圖1。 2.電學(xué)中導(dǎo)體表面電場(chǎng)與其曲率成正比。即以相同的電壓加上相同的導(dǎo)體上，曲率越大,也就是越尖的,導(dǎo)體上電荷越密集，其產(chǎn)生的電場(chǎng)越強(qiáng)。 3.場(chǎng)離化原理。 當(dāng)氣體分子靠近金屬或?qū)w樣品表面時(shí)，強(qiáng)大的正電場(chǎng)改變了氣體原子中電荷的分布，氣體分子被極化而受電場(chǎng)吸引向針尖飛去。當(dāng)氣體分子相當(dāng)靠近具有高電場(chǎng)的表面時(shí)，氣體分子中電子的位能勢(shì)壘因受導(dǎo)體表面電場(chǎng)的影響而變形，位能勢(shì)壘寬度漸漸變窄，氣體分子中最外層電子可以有機(jī)會(huì)穿隧而出至導(dǎo)體樣品表面時(shí)，氣體分子即離化成“氣體離子”。因?yàn)闅怏w離子與導(dǎo)體

4、表面所具有的正電場(chǎng)彼此互相排斥，所以氣體離子會(huì)沿著電場(chǎng)的方向飛離。當(dāng)離化現(xiàn)象大量發(fā)生時(shí)，這些氣體離子所造成的離子流會(huì)沿著表面電場(chǎng)向外輻射狀射出，撞上不遠(yuǎn)處所置的熒光屏，如圖2所示。熒光屏上明暗的分布，代表著離子流的大小，也即導(dǎo)體樣品表面上電場(chǎng)的強(qiáng)弱分布；而這些強(qiáng)弱不同的電場(chǎng)是由于導(dǎo)體表面上不同的曲率所造成，在同一平面上只有原子的形狀可以造成這些不同曲率的現(xiàn)象。所以熒光屏上明暗的分布，也就是表面上原子形狀的放大。故場(chǎng)離子顯微鏡觀察的是表面上原子一顆顆排列的結(jié)構(gòu)，如圖3所示的鎢的場(chǎng)離子像。所以它是原子尺度的顯微鏡。參考文獻(xiàn)1.任大剛,謝天生.場(chǎng)離子顯微鏡及鎢晶體表面結(jié)構(gòu)觀察. 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所,