场离子显微镜固体样品表面原子的图像成像的特点

　　场离子显微镜固体样品表面原子的图像成像的特点

　　原子探针是场离子显微镜和单离子灵敏质谱仪的组合体。在场离子显微镜中，由场电离作用产生的正电荷气体离子被用来生成固体样品表面原子的图像。通过场蒸发，样品表面的原子层可以逐层被电离和剥落。这能将材料原子细节的三维结构成像，同时也提供了质谱分析的离子源。从同一区域产生的场电离和场蒸发的离子的径迹几乎是相同的，因此，样品的选区的化学分析能够实现。样品被固定在方向可调的装置上，成像荧光屏中心所开的小孔将场离子显微镜和质谱仪连为一体，正是这样的设计安排，才可能鉴别单个成像的原子。 场离子显微镜中一个重要的概念是最佳成像电场(BIF)或最佳成像电压(BIV)。对一种给定的成像气体，最佳成像电场是得到最好的整个的成像衬度的电场。对一个给定曲率半径的样品，这对应着一个特定使用电压，称之为最佳成像电压。如果使用的电压太低，从样品表面产生的离子流不足以形成满意的图像；如果使用的电压太高，在整个样品尖端表面上将形成均匀的电离，从而减小了图像的衬度。所以，最佳成像电压的条件对应着与表面特征相关的场电离过程的最佳调整，通常这可以用眼睛在±1—2％范围之内来调节。

　　在足够强的电场条件下，将产生场解吸和场蒸发。这些过程在场离子显微镜的操作中用于以下几个目的：

　　(1)从样品顶端区域电离和去除污染物、吸附层和氧化物等，为观察分析而生成一个原子级清洁表面。

　　(2)平滑样品顶端表面的突起和毛刺，从而产生一个规则、平滑的尖端形状的样品。

　　(3)控制样品材料逐个原子层的连续剥落，以便在原子尺度研究样品的三维特性。