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第一章 緒論
1-1 探究金字塔成長結構的動機
當表面物理有一相當的研究後，發現表面上的原子在不同的外在環 境條件下，所呈現出的多姿多采的行為如皺化、聚滴、平覆等，都可作 為奈米科技的重要資訊。例如表面皺化行為已被利用於在製成原子級針 尖技術層面上，更有許多專家前輩提供多樣且各有優勢的方法，提供使 用者依其需要以搭配使用。其中在 1986 年由 Hans-Werner Fink 發表，
利用場蒸發的方式控制鎢原子在表面上的數量，並加高溫約 1500K，發 現三個 W(211)切面有明顯擴張的趨勢，使得位於其中的 W(111)面完全 被這三個 W(211)取代，於達到熱力學平衡後所產生的金字塔型皺化結 構，最後在其最尖端上利用蒸鍍法添加一顆鎢原子，以形成完整的單原 子針尖[1]。其特點即為可確實掌控單原子針尖的結構及原子種類，以 求品質固定。
我們實驗室則利用電覆鈀、鉑、銠、銥於鎢針上，藉由表面自由能 的差異及提供原子足夠的能量，使原子自組形成金字塔型針尖，此種針 尖是由於原子達熱力平衡而成長的結果，所以結構穩定，實用價值更高 [2][3]。
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1-2 單原子針尖的優勢
「單原子針尖」故名思義即針的最尖端僅為一顆原子，在小至數埃 的尺度下，則有一些特性會顯現出來，並可加以應用。當於針尖上加一 高正電壓(負電壓)，所發出的離子束(電子束)由於尖端的場增益，而僅 由尖端原子發射出來，因此離子束(電子束)的張角極小約 0.03 度(5~6 度)，同調性極高[4] ，不僅對表面研究方面，有重大的突破，大大的 提高解析度，並在近場光學的減少像差及立體攝影術[5] 上有實質的幫 助。此外其發射出的電子束(離子束)亮度高，並且穩定性極佳，可長達 數小時甚至數天的持續使用，可作為一良好的發射源[6]。
Vu Thien Binh 等人對於場發射電子能譜有更詳細的探究，發現原子 級針尖的場發射具有以下特點[7] [8] [9]：
(1) 場發射能譜分布圖中除在費米能階附近有一峰值外，在更低 的能階也出現數個峰值。
(2) 當電場逐漸增加時，所有的峰值會同時產生一能量的平移 。 (3) 峰值具有極窄的能譜分布，可達數十毫電子伏特。
現今有一種奈米蝕刻技術（Nanolithgraphy），即是利用 STM 的針 尖與表面的相互作用以進行奈米级的刻蝕，可以製成許多的奈米產品。
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1-3 場離子顯微鏡的優勢
當表面探測技術有一重大突破後，不僅可以低能電子繞射能譜 (LEED)所呈現的倒晶格繞射點得知大範圍的晶面週期性結構變化，掃描 穿隧顯微鏡藉由該探針尖端可以小至一個原子級，並且與樣品保持足夠 近的距離，此時若探針與樣品表面之間加一定的偏壓，就會有穿隧電流 流過探針，然而這種穿隧電流對於兩者間的距離變化十分敏感，因此可 以探知樣品表面的高度變化，進而呈現物體表面的直觀圖象。然而場離 子顯微鏡與前兩者明顯的差異則在於其著重於表面局部的詳細探究，不 僅是外觀的呈現，更可藉由逐層的場蒸發，清楚的看見下層原子的排列 結構，透過不同原子場蒸發所需加的電場不同，即可分辨出原子種類的 不同。
