SEM掃描電子顯微鏡場(chǎng)發(fā)射電子槍與鎢絲電子槍的區(qū)別

相同點(diǎn)

它們都是電子槍，也就是發(fā)射電子的裝置。它們有陰極和陽(yáng)極。陰極都是點(diǎn)源發(fā)射體。陰極和陽(yáng)極之間有一個(gè)直流高壓電場(chǎng)。高電壓一般是可調(diào)的，用來(lái)控制電子的發(fā)射速度(能量)。電子槍發(fā)射電流的強(qiáng)度很小，微安級(jí)和納安級(jí)。為了防止氣體電離產(chǎn)生的大電流擊穿高壓電源，需要高真空環(huán)境。電子槍陰極屬于自耗系列。

差異

1. 不同的點(diǎn)源直徑：

鎢燈絲電子槍的陰極使用0.1mm直徑的鎢絲制成V形(分叉鎢燈絲陰極)。的V形的尖端被用作一個(gè)點(diǎn)發(fā)射源，和曲率半徑約為0.1毫米。場(chǎng)發(fā)射電子槍的陰極采用0.1mm直徑的鎢燈絲，它被蝕刻成針狀的尖陰極。一般來(lái)說(shuō)，曲率半徑在100nm到1μm之間。

2. 不同的發(fā)射機(jī)制

鎢燈絲屬于熱發(fā)射。當(dāng)直流電壓施加到燈絲電極上時(shí)，鎢燈絲產(chǎn)生熱量。工作溫度一般在2600K至2800K之間。鎢燈絲具有較高的電子發(fā)射效率。溫度越高，電流密度越大。在理想情況下，電子槍越亮。由于材料的蒸發(fā)率隨溫度的升高而急劇增加，因此鎢燈絲的壽命相對(duì)較短，一般在50至200小時(shí)之間。這與設(shè)定的長(zhǎng)絲溫度有關(guān)。由于電子發(fā)射溫度高，發(fā)射的電子能量色散大，一般為2ev，電子槍造成的色差會(huì)比較大。

3. 不同的電子槍控制方法

鎢燈絲采用三極自給偏壓控制，并具有偏壓負(fù)反饋電路，發(fā)射電流穩(wěn)定性高。由于陰極發(fā)射點(diǎn)源面積大，電子源尺寸也相對(duì)較大，50~100μm，發(fā)射功率可達(dá)幾十~150μA，而電子槍的亮度較低。

場(chǎng)發(fā)射電子槍沒(méi)有偏置負(fù)反饋電路。外接電源的穩(wěn)定性是決定性因素。發(fā)射電流的穩(wěn)定性相對(duì)較低。由于尖端陰極發(fā)射電源的面積很小，約為100nm，并且沒(méi)有明顯的電子源，因此采用虛電子源作為電子光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始對(duì)象。電子虛源的直徑一般為2～20nm，電子槍亮度相比鎢燈絲提高上千倍。當(dāng)束斑尺寸減小到1nm以下時(shí)，探測(cè)電流仍然很強(qiáng)，足以獲得足夠的成像信號(hào)。

4. 不同系統(tǒng)真空度

鎢絲掃描電子顯微鏡采用普通高真空，兩級(jí)真空泵系統(tǒng)可獲得0.001pa的真空度。

場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡使用超高真空，需要三級(jí)真空泵獲得0.0000001Pa或以上的真空度才能穩(wěn)定運(yùn)行。原因是電子槍尖陰極在較低的真空度下不能承受電離離子的轟擊，否則電子槍尖很容易被壓扁而失效。電子槍陰極尖端在較低的真空中被吸附。氣體分子會(huì)急劇增加陰極材料的表面勢(shì)壘，造成電子槍發(fā)射不穩(wěn)定，亮度降低。因此，必須使用高真空。

審核編輯 黃宇