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掃描電子顯微鏡電子槍的分類與特點(diǎn)介紹

日期:2022-10-10 09:40:02 瀏覽次數(shù):317

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,是由陰級(燈絲)、柵級和陽級組成。燈絲主要有鎢燈絲、LaB6和場發(fā)射三類。

①鎢燈絲電子槍:

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(yīng)來發(fā)射電子,不過鎢燈絲發(fā)射由子效率比較低,要達(dá)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(dá)到3nm的分辨率,實(shí)際使用的放大倍數(shù)均在十萬倍以下。不過由于鎢燈絲價(jià)格便宜,所以鎢燈絲掃描電鏡得到了廣泛的應(yīng)用。

掃描電鏡.jpg

②LaB6電子槍:

要提高sem掃描電鏡的分辨率,就要提高電子槍的高度,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2.4el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(shù)倍。因此LaB6燈絲掃描電鏡有比鎢燈絲更好的分辨率。除了LaB6外,類似的還有CeB6等材料。不過目前在sem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,另外就是場發(fā)射的流行,使得LaB6燈絲的使用并不多見。

③場發(fā)射電子槍:

1972年,擁有更高亮度,更小電子束直徑的場發(fā)射掃描電鏡實(shí)現(xiàn)商品化,將sem掃描電鏡的分辨率推向了新的高度。場發(fā)射電子槍的發(fā)射體是鎢單晶,并有一個(gè)級細(xì)的,其曲率半徑為幾十納米到100nm左右,在鎢單晶的加上強(qiáng)電場,利用量子隧道效應(yīng)就能使其發(fā)射電子。場發(fā)射由子槍的結(jié)構(gòu)鎢單晶為負(fù)電位,陽級也稱取出電級,比陰級正幾千伏,以吸引電子,DI二陽級為零電位,以加速電子并形成10nm左右的電子源直徑。場發(fā)射電子槍的鎢單晶燈絲結(jié)構(gòu),只有鎢燈絲支撐的非常小的為單晶。

場發(fā)射電子槍又分為冷場發(fā)射和熱場發(fā)射。

熱場發(fā)射的鎢陰級需要加熱到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(shù)(約為2.7eV)

冷場發(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*小,利用量子隧道效應(yīng)發(fā)射電子。

冷場電子束直徑,發(fā)射電流密度 能量擴(kuò)展(單色性)都優(yōu)熱場發(fā)射,所以冷場電鏡在分辨率上比熱場更有優(yōu)墊。不過冷場電鏡的束流較小(一般為2nA),穩(wěn)定性較差,沒個(gè)幾小時(shí)需要加熱一次,對需要長時(shí)間工作和大束流分析有不良影響。

熱場發(fā)射雖然電子束直徑,能量擴(kuò)展不及冷場,但是隨著技術(shù)的發(fā)展,其分辨率也越來越接近冷場的水平,有的甚至還超越了冷場。特別是熱場電鏡束流大,穩(wěn)定性好,有著非常廣闊的應(yīng)用范圍。