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,发叉式钨丝阴极便宜,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,理想情况下的的电子枪亮度越高。由于材料的蒸发速度随温度升高而急剧上升,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,从而出现量子隧道效应,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,一般材料不会损失,因此寿命很长,可使用上万小时。
3、电子枪控制方式和电子源直径不同和优劣性。
钨灯丝是三极自给偏压控制,具有偏压负反馈电路,因此发射电流稳定度高;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分辨率的根本因素,当前最佳钨灯丝扫描电镜最佳分辨率3.0nm.
场发射电子枪没有偏压负反馈电路,外界电源的稳定度是决定因素,发射电流稳定度相比要低一些;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以下时依然具有足够强的探针电流来获得足够的成像信号,因此分辨率高,当前最佳的场发射扫描电镜分辨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的真空度即可满足,因此造价低。
场发射扫描电镜使用超高真空,需要三级真空泵必须获得0.0000001Pa以上的真空度才可以稳定工作。原因在于电子枪尖阴极不耐较低的真空中被电离的离子轰击,否则枪尖很容易被扫平而失效,这时候的性能还不如钨灯丝,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,所以必须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很多。超高真空的洁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,系统可以免清洗和维护。钨灯丝扫描电镜相对维护周期要短一些。
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。国内目前只能制造最低档次的钨灯丝扫描电镜。
以上定性表达,具体数据还望查阅有关资料
在1550°C和10-7 Torr时,denka灯丝使用寿命在500小时。标准Denka M-3型六硼化镧灯丝Standard Denka Model 3 LaB6 Cathodes,在SEM、TEM、X-Ray、Electron Beam Lithography等领域应用。六硼化镧都是最佳的阴极材料。特征:低干扰、熔点高、热稳定性好低蒸压,减少材料损失化学性质稳定。亮度高,10倍于钨丝亮度,Denka M-3初始亮度值1x106 A/cm2。
标准灯丝一般有三种形状:标准尖Standard Tips,也即90°圆锥体/圆尖,,半径15μ。平尖Flat(Truncated)Tips,圆锥体截去顶端。平尖是优先选择的,稳定性和使用寿命是我们的主要考虑因素,亮度有时需要做出一点牺牲。平尖有两种角度的椎体90°和60°,多种半径尺寸可供选择。尖尖Sharp Tips,也即60°圆锥体/圆尖,半径有5u和10p,当需要很高的初始亮度而使用寿命暂不考虑时,尖尖就是最佳选择。
1、高真空环境是分子流,湿的样品不断释放水蒸气,使高真空情况下,真空度很难上升,往往达不到比较优越的条件。2、水蒸气和2000多度高温的钨丝反应,会加速电子枪灯丝挥发,极大降低灯丝寿命。
3、对电子束的散射,会造成信号损失
4、污染样品
欢迎分享,转载请注明来源:夏雨云
评论列表(0条)