场离子显微分析技术简介

场离子显微镜既可观测到表面单个原子像，又可观测材料的三维结构，因此是研究金属中点缺陷、位错、层错、相界、晶界、沉淀相形核长大、有序—无序反应及调幅分解等内容的有力工具。

图9-11所示为场离子显微镜结构示意图。样品采用长度10～15mm的细丝，尖端截面直径小于0.5mm。尖端经电解抛光后，形成一个100～300个原子堆积而成的半球形表面（曲率半径为10～100nm），另一端和用液氮冷却的钨电极相接。工作室内先把真空抽到1.33×10^-6Pa，然后通入氦、氖等惰性气体（10^-3Pa）。样品相对于荧光屏带有5～30kV的正电压。

图9-11 场离子显微镜结构示意图

进入工作室的成像气体原子在电场的作用下产生极化，气体原子被样品尖端吸引。在与样品表面的撞击过程中，其外层电子能通过隧道效应穿过样品表面的位垒区而进入样品内部，此时原子产生电离。成像气体的正离子受到电场的加速作用，沿着电通量线（flux line）方向射向荧光屏，使荧光屏发光。这个过程往往在样品尖端的局部高场区优先进行。表面凸起的原子产生局部高场，因此荧光屏上每个发光点实际上是与样品表面的突出原子相互对应的。荧光屏上的图像就是针尖样品表面的某些突出原子的放大像。

图9-12示意地说明了场离子显微图像的形成及其标定方法。样品尖端是个球面，当各个晶面在不同方向上与球面相交时，就在球面的不同方向上形成一个圆，连续的原子面就构成了不同层次的同心圆。每两层面之间存在一个台阶，台阶边缘原子都是突出原子，因此，晶体的场离子显微图像就将由一些围绕着若干中心的亮点圆环组成，同心亮点圆环的中心就是相应原子平面法线的径向投影极点。根据这个道理并利用极图就可确定各极点的指数。(www.xing528.com)

场离子显微镜的放大倍数约为100万倍。分辨率除与样品成分、顶端半径等因素有关外，主要取决于温度，对顶部半径为50nm的样品，20K时，分辨率可达0.2nm；80K时，可达0.35nm。因而对样品进行有效冷却是很重要的。

场离子显微技术曾成功用于缺陷的研究，如图像上同心环亮点不连续时是空位，出现额外的亮点则是间隙原子，出现螺旋形圆环则是位错等。目前的应用也越来越广泛，如研究固溶体、有序合金、沉淀及相变等。

图9-12 场离子显微图像的形成及其标定示意图