钨灯丝、冷场、热场扫描电镜的区别.doc

《钨灯丝、冷场、热场扫描电镜的区别.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、钨灯丝、冷场、热场扫描电镜的区别     扫描式电子显微镜，其系统设计由上而下，由电子枪 (ElectronGun) 发射电子束，经过一组磁透镜聚焦 (CondenserLens) 聚焦后，用遮蔽孔径 (CondenserAperture) 选择电子束的尺寸(BeamSize)后，通过一组控制电子束的扫描线圈，再透过物镜 (ObjectiveLens) 聚焦，打在样品上，在样品的上侧装有讯号接收器，用以择取二次电子 (SecondaryElectron) 或背向散射电子 (BackscatteredElectron) 成像。电子

2、枪的必要特性是亮度要高、电子能量散布 (Energy Spread) 要小，目前常用的种类计有三种，钨(W)灯丝、六硼化镧(LaB6)灯丝、场发射 (FieldEmission)，不同的灯丝在电子源大小、电流量、电流稳定度及电子源寿命等均有差异。   热游离方式电子枪有钨(W)灯丝及六硼化镧(LaB6)灯丝两种，它是利用高温使电子具有足够的能量去克服电子枪材料的功函数(workfunction)能障而逃离。对发射电流密度有重大影响的变量是温度和功函数，但因操作电子枪时均希望能以最低的温度来操作，以减少材料的挥发，所以在操作温度不

3、提高的状况下，就需采用低功函数的材料来提高发射电流密度。   价钱最便宜使用最普遍的是钨灯丝，以热游离 (Thermionization) 式来发射电子，电子能量散布为 2eV，钨的功函数约为4.5eV，钨灯丝系一直径约100µm，弯曲成V形的细线，操作温度约2700K，电流密度为1.75A/cm2，在使用中灯丝的直径随着钨丝的蒸发变小，使用寿命约为40~80小时。   六硼化镧(LaB6)灯丝的功函数为2.4eV，较钨丝为低，因此同样的电流密度，使用LaB6只要在1500K即可达到，而且亮度更高，因此使用寿命便比钨丝高出许多，

4、电子能量散布为 1 eV，比钨丝要好。但因LaB6在加热时活性很强，所以必须在较好的真空环境下操作，因此仪器的购置费用较高。  场发射式电子枪则比钨灯丝和六硼化镧灯丝的亮度又分别高出 10-100 倍，同时电子能量散布仅为 0.2-0.3eV，所以目前市售的高分辨率扫描式电子显微镜都采用场发射式电子枪，其分辨率可高达 1nm 以下。   目前常见的场发射电子枪有两种:冷场发射式(coldfieldemission,FE)，热场发射式(thermalfieldemission,TF)当在真空中的金属表面受到108V/cm大小的电子

5、加速电场时，会有可观数量的电子发射出来，此过程叫做场发射，其原理是高电场使电子的电位障碍产生Schottky精品文档，供参考！效应，亦即使能障宽度变窄，高度变低，因此电子可直接"穿隧"通过此狭窄能障并离开阴极。场发射电子系从很尖锐的阴极尖端所发射出来，因此可得极细而又具高电流密度的电子束，其亮度可达热游离电子枪的数百倍，或甚至千倍。   场发射电子枪所选用的阴极材料必需是高强度材料，以能承受高电场所加诸在阴极尖端的高机械应力，钨即因高强度而成为较佳的阴极材料。场发射枪通常以上下一组阳极来产生吸取电子、聚焦、及加速电子等功能。利用

6、阳极的特殊外形所产生的静电场，能对电子产生聚焦效果，所以不再需要韦氏罩或栅极。第一(上)阳极主要是改变场发射的拔出电压(extractionvoltage)，以控制针尖场发射的电流强度，而第二(下)阳极主要是决定加速电压，以将电子加速至所需要的能量。    要从极细的钨针尖场发射电子，金属表面必需完全干净，无任何外来材料的原子或分子在其表面，即使只有一个外来原子落在表面亦会降低电子的场发射，所以场发射电子枪必需保持超高真空度，来防止钨阴极表面累积原子。由于超高真空设备价格极为高昂，所以一般除非需要高分辨率SEM，否则较少采用场发

7、射电子枪。   冷场发射式最大的优点为电子束直径最小，亮度最高，因此影像分辨率最优。能量散布最小，故能改善在低电压操作的效果。为避免针尖被外来气体吸附，而降低场发射电流，并使发射电流不稳定，冷场发射式电子枪必需在10-10torr的真空度下操作，虽然如此，还是需要定时短暂加热针尖至 2500K(此过程叫做 flashing)，以去除所吸附的气体原子。它的另一缺点是发射的总电流最小。   热场发式电子枪是在1800K温度下操作，避免了大部份的气体分子吸附在针尖表面，所以免除了针尖flashing的需要。热式能维持较佳的发射电流稳定

8、度，并能在较差的真空度下(10-9torr)操作。虽然亮度与冷式相类似，但其电子能量散布却比冷式大3~5倍，影像分辨率较差，通常较不常使用。扫描电子显微镜之--电子枪结构原理及重要参数SEM--基础2010-06-2114:10:42阅读114评论0  字号：大