4-2-1 金字塔結構 1、3、10 場增益效應探討
此實驗乃是希望能以法拉第杯量測出覆銥單晶鎢針之金字塔結 構的場發射電流 ，在以往 FIM 量電流的實驗，為了方便，大多採取 從 MCP 直接量取電流，但是電子束在撞擊 MCP 內部的通道時 ，有 可能產生二次電子，加上 MCP 由於它的面積太大，所以打在上面的 電子有可能來自針以外的地方，導致我們量到的電流值可能比實際值 略大。為了改善這樣的情況，我們設計了一個法拉第杯，希望能藉法 拉第杯避免二次電子的產生。
Fig.4-2-1 是覆銥鎢針(以下簡稱 A 針)在加熱退火 1067K 後所得到的 類型一金字塔結構，可以發現原本第二層應是 3 顆，只是左邊的位置掉 了 1 顆 ，而下一層明顯是 10 顆的結構
Fig.4-2-1 (111)類型一金字塔結構
Fig.4-2-2 是 A 針三顆原子的場發射影像，在剛開始成像時我們可以 看到金字塔的形狀似乎介於橢圓與三角形之間，當電壓慢慢提高，形狀 則越來越接近倒三角形，這樣的形狀與金字塔稜線方向相同。
在 Fig.4-2-3，我們小心將 A 針上層的 3 顆原子蒸掉，使得 10 顆原子
Fig.4-2-2 不同電壓下，類型一金字塔(三顆)的 FEM 圖
Fig.4-2-3 類型一金字塔 10 顆示意圖
出現在金字塔最上層，但其實這也並非完整的 10 顆，不難發現其實在第 三排的地方似乎缺失了兩顆原子。
在 Fig.4-2-4 我們也嘗試觀察 10 顆結構的場發射影像與 3顆場發射影 像的不同，但幾乎無法察覺其不同之處，推測可能在場發射三顆時，由 於下面 10 顆原子也同時場發射，導致兩者的形狀變化不大。
我們在 3 顆與 10 顆結構，個別量了其場發射的電流，而 Fig.4-2-5 便是使用法拉第杯所量之電流得到的 Fowler-Nordheim plot
Fig.4-2-4 不同電壓下，類型一金字塔(10 顆)FEM 圖
從 Fig.4-2-5 的 F-N plot，我們可清楚的注意到，3 顆的斜率略大於 10 顆的斜率，根據 Fowler-Nordheim equation，斜率越大代表場增益效 應越強，所以由此我們可以確切得知 3 顆的場增益效應確實比 10 顆來的
接下來我們換了一根新的覆銥單晶鎢針(以下簡稱 B 針)，並成功將它 長至 1 顆與 3 顆：
Fig.4-2-6 是我們在加熱至 1000K 時所形成的單原子，為了確定他在 場發射影像的情形，在出現了單原子後，立即轉至 FEM。
Fig.4-2-7 為單顆原子的場發射影像，我們可以發現，在低電壓時場
Fig.4-2-6 (111)面的 1 顆原子
Fig.4-2-7 1 顆原子的 FEM 圖
發射影像是比較接近圓形，而到三角形則是在達到高壓時才慢慢顯示出 來。
Fig4-2-8 為加熱退火 973K 所長成的 3 原子結構，接下來一樣將它轉 至場發射影像進行確認。
Fig.4-2-9 為三顆原子的場發射影像，我們可以很明顯的看出 3 顆原 子結構造成的場發射影像不如單顆原子影像來的圓，與 A 針 3 顆原子的
Fig4-2-8 (111)面的 3 顆原子
Fig.4-2-9 三顆原子的 FEM 圖
情況相同，在低壓時似乎都介於橢圓與三角形之間，而隨著場發射電壓
根據 Fig.4-2-10，我們可以看出 1 顆原子結構其斜率比 3 顆時還大，
這說明 1 顆原子的場增益效應將會比 3 顆原子結構的場增益效應還大。
根據 Fowler-Nordheim equation，F-N plot 裡的斜率代表：
………..(15)
………(11)
從此式我們可以了解，當被施加電壓的物品其場增益係數越高，也就代 表它越容易獲得高電場，也就是場增益效應。
所以利用以上的公式與實驗數據所得到的 P-N plot 斜率，我們可以 算出 1 顆、3 顆與 10 顆它們場增益係數的比例。
從這樣的結果，我們可以看出 3 顆對 10 顆的場增益效應變化，其程 度遠不如 1 顆對 3 顆，也就是說單顆原子的結構對於場增益效應的幫助 是相當可觀的。
4-2-2 針型對場增益效應的影響
在前一節，我們量測到了金字塔對於場增益效應的影響，在收斂結 構頂端的原子數越少，所產生的場增益效應越明顯。
前一節的 A 針在長成類型一金字塔結構前，曾長成類型二金字塔結 構，Fig.4-2-11 的影像是 15 顆的結構。
接下來轉成場發射影像，如 Fig.4-2-12。
可以看到這張 15 顆的場發射影像，它的形狀並非圓形或三角形，看 起來似乎是三顆球聚在一起，我們認為這有可能是稜線在發亮，再把這 場發射的成像電壓與前一節的場發射電壓相比，可以看出明顯低很多，
我們可以看出在 900V 時，(111)周遭的面已經幾乎亮起來了。
接下來我們利用法拉第杯量測 A 針 15 顆的電流，並得到 F-N plot，
Fig.4-2-11 (111)15 顆結構
Fig.4-2-12 15 顆結構的 FEM 圖
如 Fig.4-2-13。
但從 Fig.4-2-12 的場發射影像我們可以知道此時 A 針的成像電壓很 低，也就是說此時的針形比起形成類型 1 金字塔那時的的針形還來得更 尖，這也就造成 15 顆的場增益效應比其他情況來得明顯， 故從這裡我 們可以看出比起金字塔結構所產生的場增益，針形對場增益的影響更大
。