前言 1
第一章 基本原理 1
1.1 引言 1
1.2 场离子显微镜基本原理 2
1.3 原子探针基本原理 7
1.4 场电离和场吸附理论 9
1.4.1 场电离 9
1.4.2 场吸附 12
1.4.3 气体供给函数 13
1.4.4 全电离过程 14
1.5 场蒸发和场解吸理论 15
1.5.1 成像势垒模型 16
1.5.2 电荷交换 (或交叉)模型 18
1.5.3 原子或离子隧穿 19
1.5.4 高荷电态的后电离理论 20
1.5.5 合金的场蒸发 20
1.5.6 场腐蚀 21
1.5.7 惰性气体对场蒸发速率的影响 22
1.5.8 场蒸发速率对电场和温度的依赖性 23
1.6 离子光学和一些有关问题 26
1.6.1 电场分布 26
1.6.2 离子轨迹 28
1.6.3 放大率 30
1.6.4 成像投影 32
1.6.5 成像分辨率 33
1.6.6 机械应力 33
1.6.7 FIM的工作范围 34
参考文献 35
第二章 样品制备技术 41
2.1 一般考虑因素 41
2.2 基料制备 42
2.2.1 金属丝 43
2.2.2 金属胡须 45
2.2.3 片、带及表面层 45
2.2.4 连接安装 47
2.3 电化学及化学抛光法 48
2.4 微抛光及脉冲抛光 52
2.5 离子研磨 54
2.5.1 一般离子研磨法 54
2.5.2 精密离子研磨 56
2.5.3 场离子显微镜中的原位重磨 56
2.6 其它方法 56
2.6.1 用外延层制备样品 56
2.6.2 火焰抛光 57
2.6.3 机械法 58
2.7 清洁和除气过程 58
2.8 FIM样品表面层的形成 59
2.9 注入及辐照材料 60
2.10 光学及电子显微镜检验 61
参考文献 62
第三章 场离子显微镜 67
3.1 引言 67
3.2 图像译释 67
3.2.1 纯元素 67
3.2.2 有序合金和化合物 74
3.2.3 无序固液体 77
3.2.4 不同相的衬度 80
3.2.5 三维剖析 86
3.3.1 点缺陷 88
3.3 晶格缺陷产生的衬度 88
3.3.2 位错和堆积缺陷 89
3.3.3 界面 91
3.3.4 空位和微孔 94
3.4 人工形成物 96
3.5 计算机模拟 98
3.5.1 薄壳模型和键模型 99
3.5.2 调制微结构特征尺寸的测量 100
参考文献 101
第四章 原子探针类型 104
4.1 引言 104
4.2 飞行时间原子探针 104
4.3 能量补偿原子探针 109
4.4 磁偏转扇形原子探针 113
4.5 成像原子探针 115
4.5.1 场离子模式 121
4.5.2 质谱模式 121
4.5.3 场解吸模式 122
4.5.4 时间选通模式 123
4.5.5 斜坡模式 124
4.5.6 场离子层面图 124
4.6 脉冲激光原子探针 125
4.7 三维原子探针 128
4.8 组合装置 133
参考文献 134
第五章 仪器 136
5.1 引言 136
5.2 真空系统 138
5.2.1 真空与真空泵系统 138
5.2.2 样品传递系统 138
5.2.3 成像气体 138
5.3 样品架 140
5.4 样品冷却系统 141
5.5 高电压系统 142
5.5.1 高压脉冲源 144
5.5.2 50Ω负载及其输出 147
5.6.1 微通道板和荧光屏 149
5.6 场离子成像系统 149
5.6.2 探孔 151
5.6.3 像记录与处理 151
5.7 静电透镜 152
5.7.1 Einzel透镜 152
5.7.2 能量补偿(或称Poschenrieder)透镜 152
5.8 单原子检测器 156
5.8.1 微通道板检测器 156
5.8.2 通道电子倍增检测器 158
5.8.3 铜-铍栅检测器 159
5.9 成像原子探针检测器 159
5.10 前置放大-甄别器 159
5.11 高速数字计时系统 160
5.12 微机控制计时系统 161
5.13 成像原子探针时间选通系统 161
5.14 脉冲激光原子探针结构 164
参考文献 166
第六章 原子探针分析方法及数据表示 168
6.1 引言 168
6.2 原子探针分析法 168
6.2.1 单原子识别 168
6.2.2 选区分析 170
6.2.3 随机区域分析 171
6.2.4 几何考虑 171
6.3.1 水平方向分辨率 173
6.3 空间分辨率 173
6.3.2 纵深方向分辨率 176
6.4. 数据表示 177
6.4.1 逐个离子的质荷比显示 178
6.4.2 质谱 178
6.4.3 时谱 179
6.4.4 符号图 180
6.4.5 成分剖析 181
6.4.6 梯形图 181
6.4.7 累积剖析 183
6.5.2 蒸发率监测 184
6.5.1 离化率监测 184
6.5 其它参数 184
参考文献 185
第七章 影响仪器性能的因素 186
7.1 引言 186
7.2 电压与温度 186
7.2.1 原子的选择性蒸发与滞留 186
7.3 电压脉冲条件 191
7.3.1 离子加速计算 191
7.3.2 电压脉冲最佳条件 194
7.4 激光脉冲条件 195
7.4.1 激光加热FIM样品过程的计算 195
7.4.2 激光脉冲最佳条件 196
7.5 离子积累 198
7.6 蒸发速率 198
7.7 脉冲重复频率 199
7.8 氢化物、复合物及分子离子的形成 199
7.9 成像气体的作用 200
7.10 质谱仪的对中 201
7.11 直线飞行时间原子探针质谱峰的解谱步骤 202
7.12 质量校准 202
7.13 元素含量最低检测极限 205
参考文献 205
8.1 引言 208
第八章 原子探针数据处理 208
8.2 成分确定 209
8.2.1 一般考虑 209
8.2.2 重叠同位素解谱 210
8.3 成分剖析图 211
8.3.1 单元尺寸的选择 212
8.3.2 可变平均数平滑 214
8.4. 时间序列分析 214
8.4.1 频率分析 215
8.4.2 Johnson-Klotz Markov链法 216
8.4.3 平均间隔法 220
8.4.4 统计联列表 220
8.4.6 功率谱 224
8.4.5 互相关 224
8.4.7 自相关 226
8.5 不同统计法比较 228
8.6. 特殊分析方法 230
8.6.1 有序度的测定 233
8.6.2 位置占据率的测定 234
参考文献 236
附录 238
附录一 常见英文缩写 238
附录二 常用常数与变换 239
附录三 立体像投影与场离子像模拟 240
附录四 面间距与相对面距离 250
附录五 立方晶系面间角 251
附录六 立方晶系重叠位晶格(CSL)取向关系中24个角-轴对的一般形式 253
附录七 20℃时元素晶体结构与晶格常数 261
附录八 常见场蒸发离子荷电态 262
附录九 复合离子示例 264
附录十 由成像势垒模型预测元素低温蒸发场、荷电态及实验结果 265
附录十一 由后电离模型预测元素在不同场强下的荷电态 268
附录十二 环形棱柱电极上的电势 272
附录十三 二次/三次方与四次/五次方可变平均数平滑系数 275
附录十四 X2分布的上限临界值表 276
附录十五 同位素丰度表 278