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【基础知识】FIM(field-ion microscope)场离子显微镜

透射电镜(TEM)

  • http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/viewtopic.php?topic=2583&forum=30
    l 认识FIM
    FIM(Field Ion Microscope)是最早达到原子分辨率,也就是最早能看得到原子尺度的显微镜。只是要用FIM看像,样品得先处理成针状,可不是粗针、细针都行喔,针的末端曲率半径约在200~1000埃。(1埃 = 10-10公尺)把样品置于真空极佳的空间中,藉由和低温物的接触将其温度降到液态氮的温度以下。在空间中放入成像气体,可能为He、Ne、Ar等气体,视不同样品而定。等以上这些看像的事前工作都准备好,我们才加给样品正高压使附着在样品上的成像气体解离成带正电的阳离子,带正电的气体离子接着被电场加速射出,打到接收器讯号被放大,以电子射到荧光屏幕,我们就能在屏幕上看到一颗一颗的原子亮点啰!下一次我们再来详细的介绍其原理。
    l FIM的演进
    FIM是1956年Erwin W. Mueller发明。由FEM(Field Emission Microscope)发展来的。FEM的样品同样也得作成针状,在真空的环境中成像,不过样品上我们加的是负的高压,样品达到足够的负高压时,会放出电子打到荧光幕产生亮点,而这个亮点代表的并非一颗原子,是样品上一片区域,这个区域电子在同样的负高压作用下都会射出电子。因为电子在横向上 (和样品表面平行的方向) 速度分量造成绕射的情况,使得FEM的分辨率只能达到20到25埃(要看到原子分辨率至少要小于1埃)。Erwin W. Mueller做了什么事改善了分辨率呢?他加了成像气体用正高压使其解离成阳离子,并被加速射到屏幕,成像气体比电子重,而且在低温的情况下,其横向速度分量小多了,提高了分辨率,FIM便如此产生了!在此最初的FIM之后,有人对影像明暗对比、真空情况、样品冷却处理等方面渐渐改善,使得其功能愈来愈良好啰!
    l 其它的原子解析显微镜
    到了1970年,又有新的看得到原子的显微镜出现,SEM(Scanning Electron Microscope)只是它只能看到重原子。1983年又有STM(Scanning tunneling Microscope)此种显微镜的样品便不再只限制成针状,可用来看像的样品范围更大了。另外还有TEM,样品要切成一片很薄的膜,技术上比较困难,而且会将样品结构破坏,价钱亦较昂贵。虽说原子解析技术不再被FIM独占,但目前能有与多的研究或实验需要靠FIM才能做,像是单独原子,或单一原子团在特定的表面之原子运动过程。这些可都一定少不了FIM的!
    FIM原理示图:

    The specimen is held in a vacuum system and cooled to temperatures below 100K. A high voltage is applied to the specimen, and because of the shape, a very intense electric field is produced. It is the phenomena occuring at high electric field that are the basis of operation of the FIM and also in the atom probe.
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  • 第1楼2005/12/16

    上传一些FIM的图片:
    这些是Purdue大学的一个网页:
    http://www.physics.purdue.edu/nanophys/lovall/fimpics.html

    FIM of 3 nm Au cluster, T=100K, at BIV of about 7400V


    FEM of (110) oriented Pt tip, BIV of about 6500V.

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  • 第2楼2005/12/16

    这些是Oxford大学的几个图片,这几个更清晰一些:
    http://www.materials.ox.ac.uk/fim/fimgallery.html


    FIM image of W containing two grain boundaries


    FIM image of pure Al at 7kV and 15K.


    FIM image of precipitates in Nickel alloy IN939.

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  • 第3楼2005/12/16

    这个是FIM的结构图:

    A) Rotary motion knobs, B) High-voltage feedthroughs, C) Manipulator bellows, D) X- Y manipulator micrometers, E) Z-motion micrometer, F) MCP, G) Viewports, H) Fluorescent screen, I) Nude ion gauge, J) Gate valve, K) Palladium leak valve, L) Z-motion motor mount, M) UHV valve.

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  • 第4楼2005/12/16

    The FIM100 conventional atom probe实际照片

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  • 第5楼2005/12/16

    那么这个又是什么结果呢?呵呵。这个仪器要比一般的高分辨透射电镜贵多了,上海大学据说进了一台,不知道结果如何。

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  • 第6楼2005/12/17

    上海大学好像已经买了,上一次Smith来我们学校,有人问他多少钱,他说“很便宜,50万英镑”唉,如果1人民币兑换12英镑那就好了。场镜也有它局限性,不是所有的样品都能制成那个针尖。

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  • 第7楼2005/12/17

    差不多了,现在英镑到13了。
    不过制作针尖怎么做呢?FIB?太奢侈了。

    ustb 发表:上海大学好像已经买了,上一次Smith来我们学校,有人问他多少钱,他说“很便宜,50万英镑”唉,如果1人民币兑换12英镑那就好了。场镜也有它局限性,不是所有的样品都能制成那个针尖。

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  • 第8楼2005/12/17

    ms 三位原子探针,上海大学周邦新院士们有一台。



    shxie 发表:那么这个又是什么结果呢?呵呵。这个仪器要比一般的高分辨透射电镜贵多了,上海大学据说进了一台,不知道结果如何。

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  • 第9楼2005/12/17

    应该有专门的制样设备吧。

    shxie 发表:差不多了,现在英镑到13了。
    不过制作针尖怎么做呢?FIB?太奢侈了。

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  • 第10楼2005/12/18

    bingo,的确他们有一台,但不知道出来好结果没有。600多万的仪器啊。

    srwangjun 发表:ms 三位原子探针,上海大学周邦新院士们有一台。

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