请问SEM扫描电镜中钨灯丝与场发射的同与异，及各自的优点和缺点。谢谢，在线等。。。

相同：都是电子枪即发射电子的装置，都有阴极和阳极, 阴极都是点源发射，阴极和阳极之间有直流高压电场存在，高压一般可调，用于控制电子的发射速度（能量），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

就是SEM扫描电镜

SEM电子枪用于产生电子，主要有两大类，共三种。 一类是利用场致发射效应产生电子，称为场致发射电子枪。这种电子枪极其昂贵，在十万美元以上，且需要小于10-10torr的极高真空。但它具有至少1000小时以上的寿命，且不需要电磁透镜系统。 另一类则是利用热发射效应产生电子，有钨枪和六硼化镧枪两种。钨枪寿命在30～100小时之间，价格便宜，但成象不如其他两种明亮，常作为廉价或标准SEM配置。六硼化镧枪寿命介于场致发射电子枪与钨枪之间，为200～1000小时，价格约为钨枪的十倍，图像比钨枪明亮5～10倍，需要略高于钨枪的真空，一般在10-7torr以上；但比钨枪容易产生过度饱和和热激发问题。

后者就是所谓的钨灯丝扫描电子显微镜

桌面台扫描电镜（Desktop 或者Tabletop或者Benchtop， MINI sem）

目前市场上产品大多只是在原有传统钨灯丝扫描电镜基础上不但进行缩小而且做了大量简化，把众多工作条件的调节范围限定在很小的区域甚至固定某些参数，或者采用更大的步距来简化调节，通过以上种种技术手段，也就是归结到所谓专业机向简易机的退变。在这之所以不强调以往的小型机是傻瓜机式的全自动或者操作更加便捷，因为这样容易误导。桌面台式机并不是当代的创造，而是伴随扫描电子显微镜的发展一直存在的小型化简易化产品，只不过时代不同，影响不如当代这般“尽人皆知”。如下图的Desk-Top Mini sem，如果对扫描电镜发展历史比较熟悉，或者说对电器控制比较熟悉，应该大体可以判断是什么年代的产品。从这个名字，也知道现在是谁在照搬这个历史概念。这个产品，一般人很难联想到全自动傻瓜机，更不要说联想到普遍使用的数码机，只能说这是一台比较原始简陋的仪器。然而经过当代技术的包装以及概念的偷换，就把它描绘成全自动的傻瓜机，操作的方便性优于大型机，力图遮掩其简陋机的本质，是非常不切实际。到现在为止常规大型机的各项技术发展都要优先于小型机，包括各种自动控制功能，同一个时代的常规大型机的操作便捷便利性只能比小型机好而不是差。要说差，唯一的原因就是常规大型机给更加专业用户提供了更多选择，然而这丝毫不影响一般用户的操作方便，如果大型机如此方便的操作还用不好，那么小型机也同样用不好，这个道理很浅显。

那么当前是否所有的小型台式机都是简陋型的呢？COXEM品牌的EM-20小型台式扫描电镜给出了否定答案。EM-20是小型化的产品，但不是简单化的产品，而是移植了大型钨灯丝扫描电镜核心技术的专业化产品。

*全自动高亮度电子枪，全数字化高压电源模块，0.5KV~20KV范围内调节和常规大型扫描电镜相同；

*双聚光镜设计 Spot size调节设置10档手动调节，并且Spot size可以和放大倍数或者图像像素数量匹配的自动调节，尤其使用触摸屏操作时，更加方便；

*圆锥形物镜，具有更高分辨性能，和更强大的长焦观测能力；

*由于设计为7nm分辨率 ，因此所有光阑都是固定的，物镜光阑选择最佳的尺寸，兼顾高分辨和优秀图像质量；

*使用COXEM系列大型扫描电镜高级的自动聚焦，自动消象散算法，使得自动功能更加实用；

*实时直方图监测亮度对比度并可实现自动调节；

*采用合理的四轴样品台，X Y为标配两轴计算机导航的马达驱动，R旋转功能作为辅助，Z轴调节范围5~60mm

以上配置可以实现对电子光学的电子束d、 i、 a、V 这四个重要参数进行类似大型钨灯丝扫描电镜的调节，可以分别实现高分辨，高反差，大景深，低加速电压这四种观察模式，而辅助的自动化调节手段，让这些模式的实现轻松而至，最大限度的丰富了材料科学工作者的视野，这充分体现COXEM品牌的核心价值之一，追求操作轻爽及卓越视觉质量。然而如此卓越品质的产品，定价在台式机市场中几乎是最低的，COXEM最大限度的让利于客户，寄希望与市场客户共同成长，这又充分体现COXEM品牌的核心价值之二，以经济友好的方式，实现普及应用。

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