5-1 熱穩態奈米鈮針製備與結構特性
熱穩態奈米鈮針製備需使用預先熱處理以重新結晶的鈮線製 針，於超高真空中退火(700~1100℃)後，可於{100}軸向成長由四個 {310}面擴張而堆疊的熱穩態奈米結構，此結構可重複生長，可曝露 於大氣後再置回真空中退火恢復。而此熱穩態奈米結構成長的條件 下，其針頂半球表面的平衡晶型主要由{100}、{310}、{110}、{123}、
{111}五個晶面族構成。
5-2 熱穩態奈米鈮(100)針場發射特性
熱穩態奈米鈮針約在 1000℃的退火處理後，可在{100}軸向產生 一收斂的場發射電子束，鋪覆氖氣或氙氣後可降低(100)面的凾函 數。氖氣最佳鋪覆量為 5L，其凾函數轉變由 4.02eV 下降至 3.63±0.08 eV；氙氣最佳鋪覆量為 1.7L，其凾函數轉變由 4.02eV 下降至 3.50±0.04 eV，氙氣的效果更優於氖氣。而場發射電流的穩定性量測可知，鋪 覆最佳鋪覆量的氖氣或氙氣均可提高電流穩定度，其中又以氙氣為 佳，在 20nA 的場發射電流下，半小時量測的不穩定度僅在 6.3%。
5-3 鈮針場效蝕刻研究
鈮針可使用氧氣(PO2=5×10-7 Torr.)為蝕刻氣體，再通入氖氣至壓力 2×10-5 Torr. 作為成像氣體，調控電壓使差異蝕刻的效果產生，將針
尖蝕刻至僅數顆原子的奈米結構。場效蝕刻奈米鈮針之結構無熱穩態 的良好特性，但場效蝕刻後的鈮針依然可以退火處理至(100)軸向的 熱穩態奈米結構產生。
5-4 熱穩態奈米針製備與結構比較
熱穩態奈米結構的成長，以同晶面族擴張且無須鋪覆其它原子為
誘發物的製備方式最為簡便，如鈮(100)軸向奈米結構。而一樣為同 晶面族擴張的結構，並函入異質金屬為誘發物使表面自由能差異函 大，進而產生稜線於交會處為單顆原子的金字塔結構，如貴金屬覆鎢 系統中(111)軸向奈米結構，在鋪覆的貴金屬原子充足下可重複生長。
非同一晶面族擴張形成的奈米結構，在鈮(311)軸向可無誘發物退 火產生奈米級尖击結構。使用誘發物方式有銥覆鎢系統的(221)軸向 單原子收斂金字塔結構，但其結構對稱性的關係，其離子發射束不如 (111)軸向的單原子金字塔收斂。而氧氣覆銥系統於(210)軸向也可產 生單原子收斂的金字塔結構，其中{110}面的擴張條件須避免重構的 產生而影響金字塔的完整排列。因不同晶面族各自能產生最大擴張的 條件不相同，使成長為奈米結構的條件較為嚴苛、複雜，如鎳針系統 於(210)軸向產生奈米結構，需先由氫氣誘發兩個{311}面擴張，再使 用氧氣誘發{110}面擴張，且不可影響已擴張的{311}面，如此才能產 生單原子級的奈米結構。
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