钨灯丝、冷场、热场扫描电镜的区别及应用复习进程.docx

精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -钨 灯 丝 、 冷 场 、 热 场扫 描 电 镜 的 区 别 及 应用第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -场发射分热场和冷场，共性是辨论率高；热场的束流大些，适合进行分析，但保护成本相对较高，保护要求高；冷场做表面形貌观测是适合的，相对而言保护成本低些，保护要求不算高；冷场发射电子枪优点：单色性好，辨论率高缺点：电子枪束流不稳固，束流小，不适合做能谱分析，每天要做一次 Flash热场发射电子枪优点：电子束稳固，束流大缺点：与冷场相比除了单色性和辨论率略差点外，其它找不出缺点；热场在总发射电流（ Total emission current ）、最大探针电流（ Maximum probe current ）、电子束噪声（ Beam noise ）、发射电流漂移（ Emission current drift ）、工作真空（ Operating vacuum ）、阴极仍原（ Cathode regeneration ）、对外部影响的敏锐性（ Sensitivity to external influence ）等方面都具有一等的优势；这些参数直接影响电镜的性能；在阴极半径（ Cathode radius ）、有效电子源半径（ Effective source radius ）、发射电流密度（ Emission current density ）、标准亮度（ Normalised brightness ）等方面，冷场发射略胜一筹；这几个参数总起来说就是冷场发射阴极的发射面积较小、 能量集中，便于将电子束聚焦于一个很小的点，以提高辨论率；但是在现代的 电镜技术条件下，热场发射电镜通过实行各种有效措施，也能够将电子束汇聚 于一个抱负的点，达到冷场发射电镜的辨论率水平；第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -电子枪发射的电流强度很小，微安级别和纳安级别，为防止气体电离造成的大电流击穿高压电源，都需要高真空环境；电子枪阴极都属于耗材系列；差异和优劣 :1、点源直径不同及优劣：钨灯丝电子枪阴极使用 0.1mm 直径的钨丝制成 V 形（发叉式钨丝阴极），使用 V 形的尖端作为点发射源，曲率半径大约为 0.1mm ；场发射电子枪阴极使用 0.1mm 直径的钨丝，经过腐蚀制成针状的尖阴极，一般曲率半径在100nm~1μm 之间；由于制作工艺上的差异，造价不同，发叉式钨丝阴极廉价，场发射阴极很贵；2、发射机制不同和优劣钨灯丝属于热发射，在灯丝电极加直流电压，钨丝发热，使用温度一般在2600K~2800K 之间，钨丝有很高的电子发射效率，温度越高电流密度越大，抱负情形下的的电子枪亮度越高；由于材料的蒸发速度随温度上升而急剧上升， 因此钨灯丝的寿命比较短，一般在 50~200 小时之间，这个和设定的灯丝温度有关；由于电子发射温度高，发射的电子能量分散度大，一般 2ev ， 电子枪引起的色差会比较大；场发射电子枪主要的发射机制不是靠加热阴极，而是在尖阴极表面增加强电场，从而降低阴极材料的表面势垒，并且可以使得表面势垒宽度变窄到纳米尺度，从而显现量子隧道效应，在常温甚至在低温下，大量低能电子通过隧道发射到真空中，由于阴极材料温度低，一般材料不会缺失，因此寿命很长，可使用上万小时；3、电子枪掌握方式和电子源直径不同和优劣性；第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -钨灯丝是三极自给偏压掌握，具有偏压负反馈电路，因此发射电流稳固度高；由于阴极发射点源面积大，因此电子源尺寸也比较大， 50~100μm，发射 可达几十 ~150μA，但电子枪的亮度低，因此当电子束斑聚焦到几个纳米的时候，总的探针电流很小 , 信噪比太低是限制图像辨论率的根本因素，当前正确钨灯丝扫描电镜正确辨论率 3.0nm.场发射电子枪没有偏压负反馈电路，外界电源的稳固度是打算因素，发射电流稳固度相比要低一些；由于尖阴极发射电源面积很小 100nm 左右，没有明显的电子源，因此使用虚电子源作为电子光学系统设计的初始物而存在，电子虚源直径一般在 2~20nm ，电子枪亮度相比钨灯丝提高上千倍；当束斑尺寸缩小到 1nm 以下时依旧具有足够强的探针电流来获得足够的成像信号，因此辨论率高，当前正确的场发射扫描电镜辨论率实现了亚纳米级别；4、系统真空度不同及优劣钨灯丝扫描电镜使用一般的高真空，两级真空泵系统获得 0.001pa 的真空度即可满意，因此造价低；场发射扫描电镜使用超高真空，需要三级真空泵必需获得 0.0000001Pa 以上的真空度才可以稳固工作；缘由在于电子枪尖阴极不耐较低的真空中被电离的离子轰击，否就枪尖很简单被扫平而失效，这时候的性能仍不如钨灯丝，其次电子枪阴极尖端在较低的真空下，吸附的气体分子会急剧加大阴极材料的表面势垒，造成电子枪发射不稳，亮度降低，所以必需使用超高真空一般是 10 的-8 次方； 超高真空系统的造价明显比钨灯丝高许多；超高真空的干净度要好于钨灯丝的一般高真空，因此很长时间，也就是在灯丝寿命内，系统可以免清洗和保护；钨灯丝扫描电镜相对保护周期要短一些；第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - -精品word 可编辑资料 - - - - - - - - - - - - -5、钨灯丝和场发射是具有明显档次差异的，这也从价格上明确反映；钨灯丝扫描电镜十几万，场发射几十万，都是美元；第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - - -。