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掃描電子顯微鏡電子槍的分類(lèi)與特點(diǎn)

分類(lèi):公司新聞 發(fā)布時(shí)間:2022-07-20 20942次瀏覽

  掃描電子顯微鏡電子槍是產(chǎn)生具有確定能量電子束的部件,是由陰極(燈絲)、柵極和...

  掃描電子顯微鏡電子槍是產(chǎn)生具有確定能量電子束的部件,是由陰極(燈絲)、柵極和陽(yáng)極組成。燈絲主要有鎢燈絲、LaB6和場(chǎng)發(fā)射三類(lèi)。

  1、 鎢燈絲電子槍?zhuān)?/p>

  如圖3-2,燈絲是鎢絲,在加熱到2100K左右,電子能克服大約平均4.5eV的逸出功而逃離,鎢燈絲是利用熱效應來(lái)發(fā)射電子。不過(guò)鎢燈絲發(fā)射電子效率比較低,要達到實(shí)用的電流密度,需要較大的鎢絲發(fā)射面積,一般鎢絲電子源直徑為幾十微米。這樣大的電子源直徑很難進(jìn)一步提高分辨率。還有,鎢燈絲亮度差、電流密度低、單色性也不好,所以鎢燈絲目前更高只能達到3nm的分辨率,實(shí)際使用的放大倍數均在十萬(wàn)倍以下。不過(guò)由于鎢燈絲價(jià)格便宜,所以鎢燈絲電鏡得到了廣泛的應用。

  

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  圖3-2 鎢燈絲電子槍                  圖3-3 LaB6電子槍

  2、 LaB6電子槍?zhuān)?/p>

  要提高掃描電鏡的分辨率,就要提高電子槍的亮度。而一些金屬氧化物或者硼化物在加熱到高溫之后(1500~2000K),也能克服平均逸出功2.4eV而發(fā)射熱電子,比如LaB6,曲率半徑為幾微米。

  LaB6燈絲亮度能比鎢燈絲提高數倍。因此LaB6燈絲電鏡有比鎢燈絲更好的分辨率。除了LaB6外,類(lèi)似的還有CeB6等材料。不過(guò)目前在掃描電鏡領(lǐng)域,LaB6燈絲價(jià)格并不便宜,性能相對鎢燈絲提升有限,另外就是場(chǎng)發(fā)射的流行,使得LaB6燈絲的使用并不多見(jiàn)。

  3、 場(chǎng)發(fā)射電子槍?zhuān)?/p>

  1972年,擁有更高亮度、更小電子束直徑的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)實(shí)現商品化,將掃描電鏡的分辨率推向了新的高度。場(chǎng)發(fā)射電子槍的發(fā)射體是鎢單晶,并有一個(gè)極細的,其曲率半徑為幾十納米到100nm左右,在鎢單晶的加上強電場(chǎng),利用量子隧道效應就能使其發(fā)射電子。圖3-4為場(chǎng)發(fā)射電子槍的結構示意圖。鎢單晶為負電位,陽(yáng)極也稱(chēng)取出電極,比陰極正幾千伏,以吸引電子,第二陽(yáng)極為零電位,以加速電子并形成10nm左右的電子源直徑。圖3-5為場(chǎng)發(fā)射電子槍的鎢單晶燈絲結構,只有鎢燈絲支撐的非常小的為單晶。

  場(chǎng)發(fā)射電子槍又分為冷場(chǎng)發(fā)射和熱場(chǎng)發(fā)射。

  熱場(chǎng)發(fā)射的鎢陰極需要加熱到1800K左右,發(fā)射面為<100>或<111>取向,單晶表面有一層氧化鋯,以降低電子發(fā)射的功函數(約為2.7eV)。

  冷場(chǎng)發(fā)射不需加熱,室溫下就能進(jìn)行工作,其鎢單晶為<310>取向,逸出功最小,利用量子隧道效應發(fā)射電子。

  冷場(chǎng)電子束直徑,發(fā)射電流密度、能量擴展(單色性)都優(yōu)于熱場(chǎng)發(fā)射,所以冷場(chǎng)電鏡在分辨率上比熱場(chǎng)更有優(yōu)勢。不過(guò)冷場(chǎng)電鏡的束流較小(一般為2nA),穩定性較差,每個(gè)幾小時(shí)需要加熱(Flash)一次,對需要長(cháng)時(shí)間工作和大束流分析有不良影響。

  熱場(chǎng)發(fā)射雖然電子束直徑、能量擴展不及冷場(chǎng),但是隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展,其分辨率也越來(lái)越接近冷場(chǎng)的水平,有的甚至還超越了冷場(chǎng)。特別是熱場(chǎng)電鏡束流大,穩定性好,有著(zhù)非常廣闊的應用范圍。


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