Grundlage: Das Feldionen-Mikroskop (FIM) wurde von E.W. Müller
aus dem ebenfalls von ihm erfundenen >Feldelektronen
Mikroskop (FEM)< entwickelt. Beim FIM werden Ionen zur
Abbildung benützt. Die Verwendung von Ionen statt Elektronen
bietet einige Vorteile, vor Allem das gesteigerte Auflösungsvermögen
das unter geeigneten Betriebsbedingungen die Abbildung einzelner Atome
ermöglicht. Zu der Zeit seiner Entwicklung war das Feldionen-Mikroskop
das einzige Gerät dass die direkte Abbildung von Atomen erlaubte.
Zur Erzeugung der Ionen wird das FIM mit einer Gasfüllung von
etwa 10-3 mBar und positiv gepolter Spitze betrieben. Die
Atome des Füllgases , meist Helium, werden durch die hohe Feldstärke
and der Spitze ionisiert und auf den Leuchtschirm beschleunigt. Für
diese Feldionisation werden wesentlich höhere Feldstärken
als bei der Feldemission sodass bei positiv gepolter Spitze eine Spannung
von etwa 20 kV (circa 4..6 kV beim FEM) angelegt werden muss. Trotzdem
sind die Ströme und auch die Leuchtkraft der Bilder im FIM wesentlich
geringer als im FEM. Zum Vergleich konnten FEM-Bilder mit 1600 ASA,
Blende 2,8 unter einer Zeit von 1/500 Sekunden aufgenommen werden,
beim FIM-Betrieb wurde bei sonst gleichen Einstellungen eine Belichtungszeit
von 30 Sekunden nötig.
Experiment:
Für erste Versuche wird die Röhre des Feldelektronen Mikroskops
verwendet und einfach das Netzgerät umgepolt. Allerdings kann
man bei diesem Aufbau kaum atomare Auflösung erwarten. Trotzdem
sind interessante Aufnahmen möglich. Es ist aber zu beachten
dass der Bildschirm der verwendeten Röhre nicht aluminisiert
ist. Bei moderne Oszi- oder Bildröhren ist die Fluoreszenzschicht
oft mit einer Aluschutzschicht gegen auftreffende Ionen überzogen,
in unserer Anwendung wollen wir das gerade nicht, die Ionen sollen
die Leuchtschicht erreichen, ansonsten würde das ohnehin lichtschwache
Bild noch dunkler. Das rechte Bild wurde mit einer Spannung von 20
kV bei einem Heliumdruck von etwa 10 -4 mbar aufgenommen.
Der Hintergrunddruck vor dem Einlassen des Heliums betrug 5x10-6
mbar .Die einzelnen hellen Punkte auf der Oberfläche sind wohl
adsorbierte Atome des Hintergrundgases.Die Wolframatome der Spitze
werden nicht aufgelöst. Für eine bessere Auflösung
wäre ein besseres Vakuum und vor Allem eine Kühlung der
Spitze notwendig.
Der Flashfilm im unteren
Fenster besteht aus 24 Einzelaufnahmen die im Abstand von einer
Minute aufgenommen wurden. Man sieht wie sich die Belegung der
Spitze durch die hohe Feldstärke ändert (Feldverdampfung)
und man sieht einzelne Atome, oder Atomgruppen (durch gelbe
Kreise verdeutlicht) über die Oberfläche wandern.
Bei diesen Aufnahmen betrug der Heliumdruck ebenfalls 10-4
mbar, die Spitzenspannung aber 23 kV.
