场发射扫描电镜为什么放大倍数高

1、扫描电镜采用电子束做发射源，可放大倍数与光源/电子束源波长有关，波长越短可放大倍数越大，电子束波长远小于光（约400-760nm），因此可放大倍数很大。

2、扫描电镜根据灯丝分类，分为场发射、六硼化镧和钨灯丝三类，问题所指场发射放大倍数高应该指的是最大放大倍数比其他类电镜的最大放大倍数高，这就要从灯丝原理解释。以场发射和钨灯丝作对比（六硼化镧介于两者之间）：

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。

2）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。

举一个比较形象的例子，我们有一个直径半米靶子1到10环，神枪手用手枪轻松可以打到10环，这就是场发射电镜，而神射手用原子弹怎么打只能命中整个靶子，不能区分1环还是10环，这就是钨灯丝电镜

不管是钨灯丝、LaB6还是场发射的扫描电镜，电子束入射样品后，特征X射线都有1um左右的激发区域，所以能谱的分辨率和二次电子的分辨率相差很大。

经验来看，1nm的二次电子分辨率，EDS分辨率可能在20-50nm左右，二次电子能拍出几十纳米的颗粒轮廓，EDS面扫只能出来几百纳米的颗粒轮廓。

---