本實驗的場離子顯微鏡分為真空系統、低溫系統、高電壓系統、
成像系統與法拉第杯五個部份，如 Fig.3-1-1。
Fig.3-1-1 實驗儀器-FIM 示意圖與實際情況
3-1-1 真空系統
本實驗須在超高真空環境下進行(~10-8 Pa)。，首先需在大氣的環 境下啟動乾式機械幫浦(Dry Pumping station;Pfeiffer TCP015)讓真空 度大約至 10-1Pa 接著啟動渦輪分子幫浦(turbo molecular pump;Pfeiffer TPU240)至全速，配合烘烤(bake)幫助氣體從腔體上脫離。
在高真空下每隔八小時以鈦昇華幫浦(titanium sublimation pump) 轟擊較難以去除的氣體分子，例用化學吸附機制與之形成低蒸氣壓結
3-1-3 成像系統
FIM 可以觀察到表面的形貌，主要是藉由針尖的電場，將成像氣 體離子化後沿場線移動至屏幕。屏幕主要由兩個部分所組成，一為光 電倍增板(MCP)，另一則是螢光屏。成像氣體離子最先會打在光電倍 增板(MCP)上，將離子的訊號放大至可以讓螢光屏呈現足夠的亮度以
Fig.3-1-2 針座上的沙凡與冷頭緊密接觸，有助於樣品降溫[16]
Fig.3-1-3 溫度增加，氦氣作成像氣體的解析度即降低[17]
利觀察，全程以 CCD 錄影實驗過程中針尖表面的原子動態變化，並 接收，MCP 的高壓孔壁放出電子，再碰撞放出二次電子，如 Fig.3-1-4，
因而達到增益的功用，讓 FIM 可以直接由螢光屏看到最即時的影像。
3-1-4 高電壓系統
FIM 的實驗裝置中，有三部分需要施加以高電壓。第一，對針尖 樣品施以高電壓，使成像氣體離子化，並沿電場場線方向移動，在螢 光屏上顯像。針尖的周邊會有接地金屬環，防止周圍的電場干擾。第 二， 當我們要看場離子影像時，光電倍增板(MCP)的輸入端(in)是接 地，輸出端(out)則是加以 900V 高壓，螢光屏則是加上 1800V 正高壓，
如 Fig.3-1-5，使得從光電倍增板的電子能被加速打在螢光屏上。至於 量離子電流、電子電流則有另外的接法，在之後會提到。
Fig.3-1-4 (a)光電倍增板示意圖
(b)離子或電子撞擊孔壁產生二次電子，以此放大訊號[18]
3-1-5 法拉第杯
法拉第杯被用在許多需要偵測離子或電子的分析儀器裡，雖然法 拉第杯沒有像其他帶電粒子偵測器如電子倍增管與微通道板如此靈 敏，不過法拉第杯透過電流與電荷的轉換，可獲得準確的電荷數量。
雖然法拉第杯不如電子倍增管與微通道板靈敏，但是以上的電流 探測器其幾何形狀不利於二次電子的散失，如 Fig.3-1-6(a)
(a)
(b)
Fig.3-1-6 (a)入射電子直接撞擊接收器，產生的二次電子散失。
(b)入射電子撞擊法拉第杯，但產生的二次電子依然會反彈至法拉第杯 上。
Fig.3-1-6(b)中，法拉第杯一般被設計成金屬製的杯狀物，其容器形狀 通常採圓錐狀，如此設計是為了改善因二次電子產生而導致電流測量 值的誤差。