場離子顯微術

FIM 是於1951 年由Muller 所發明，其前身乃場發射顯微術(Field Emission Microscopy,FEM)。FEM在1936 年被髮明，Müller 為了觀察此種場電子的角分佈圖像，於是將針尖狀的發射體（emitter）置於玻璃制球形真空腔中心作為陰極，發射體對面玻璃壁上鍍上一層透明的導體物質，其上再覆以磷光劑作為陽極。當一個大負電壓加在針上時，由於尖端效應，針尖上產生很強的負電場，電子便能被髮射出來。結果發現，發射出來的場電子沿徑向（表面電場方向）飛行，撞擊熒光幕後所產生的亮點可顯現尖點表面結構圖像 ^[1]  。

1951年，穆勒將前面所述的場電子顯微鏡之二極反接，隱約中見到解像力較好的模糊影像。後來他再充入10-3torr（1torr=1mm水銀柱高的氣壓）的氫氣於真空腔中，發現當正電場達2×10⁸V/cm∼3×10⁸V/cm 時，磷光幕上呈現原子解像力的結構圖像。這也是人類第一次肉眼觀察到原子的影像，於是引起許多實驗者極大的興趣。後來才瞭解這是由於發生場遊離（field ionization）所形成的現象。

FIM 即是利用將高正電壓加在針尖上，產生很強的正電場，藉此來遊離氦或氖原子，被遊離出來的正離子因為正電場而被加速射向屏幕，因而得到影像 ^[1]  。

FIM有兩個限制：

1.它只適用在某些能製成針的金屬；

2.需在真空中及液態氮或液態氦的低温下操作。

相較之下，SPM 的限制就少很多 ^[1]  。

場離子顯微鏡是最早達到原子分辨率，也就是最早能看得到原子尺度的顯微鏡。只是要用FIM看像，樣品得先處理成針狀，針的末端曲率半徑約在200-1000埃。工作時首先將容器抽到1.33×10^-6Pa的真空度，然後通入壓力約1.33×10^-1Pa的成像氣體例如惰性氣體氦。在樣品加上足夠高的電壓時，氣體原子發生極化和電離，熒光屏上即可顯示尖端表層原子的清晰圖像，圖象中每一個亮點都是單個原子的像 ^[2]  。