鎢燈絲、冷場(chǎng)、熱場(chǎng)掃描電鏡的區(qū)別.doc

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1、鎢燈絲、冷場(chǎng)、熱場(chǎng)掃描電鏡的區(qū)別?????掃描式電子顯微鏡，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)由上而下，由電子槍?(ElectronGun)?發(fā)射電子束，經(jīng)過(guò)一組磁透鏡聚焦?(CondenserLens)?聚焦后，用遮蔽孔徑?(CondenserAperture)?選擇電子束的尺寸(BeamSize)后，通過(guò)一組控制電子束的掃描線圈，再透過(guò)物鏡?(ObjectiveLens)?聚焦，打在樣品上，在樣品的上側(cè)裝有訊號(hào)接收器，用以擇取二次電子?(SecondaryElectron)?或背向散射電子?(BackscatteredElectron)?成像。電子

2、槍的必要特性是亮度要高、電子能量散布?(Energy?Spread)?要小，目前常用的種類計(jì)有三種，鎢(W)燈絲、六硼化鑭(LaB6)燈絲、場(chǎng)發(fā)射?(FieldEmission)，不同的燈絲在電子源大小、電流量、電流穩(wěn)定度及電子源壽命等均有差異。???熱游離方式電子槍有鎢(W)燈絲及六硼化鑭(LaB6)燈絲兩種，它是利用高溫使電子具有足夠的能量去克服電子槍材料的功函數(shù)(workfunction)能障而逃離。對(duì)發(fā)射電流密度有重大影響的變量是溫度和功函數(shù)，但因操作電子槍時(shí)均希望能以最低的溫度來(lái)操作，以減少材料的揮發(fā)，所以在操作溫度不

3、提高的狀況下，就需采用低功函數(shù)的材料來(lái)提高發(fā)射電流密度。???價(jià)錢(qián)最便宜使用最普遍的是鎢燈絲，以熱游離?(Thermionization)?式來(lái)發(fā)射電子，電子能量散布為?2eV，鎢的功函數(shù)約為4.5eV，鎢燈絲系一直徑約100μm，彎曲成V形的細(xì)線，操作溫度約2700K，電流密度為1.75A/cm2，在使用中燈絲的直徑隨著鎢絲的蒸發(fā)變小，使用壽命約為40~80小時(shí)。???六硼化鑭(LaB6)燈絲的功函數(shù)為2.4eV，較鎢絲為低，因此同樣的電流密度，使用LaB6只要在1500K即可達(dá)到，而且亮度更高，因此使用壽命便比鎢絲高出許多，

4、電子能量散布為?1?eV，比鎢絲要好。但因LaB6在加熱時(shí)活性很強(qiáng)，所以必須在較好的真空環(huán)境下操作，因此儀器的購(gòu)置費(fèi)用較高。??場(chǎng)發(fā)射式電子槍則比鎢燈絲和六硼化鑭燈絲的亮度又分別高出?10-100?倍，同時(shí)電子能量散布僅為?0.2-0.3eV，所以目前市售的高分辨率掃描式電子顯微鏡都采用場(chǎng)發(fā)射式電子槍，其分辨率可高達(dá)?1nm?以下。???目前常見(jiàn)的場(chǎng)發(fā)射電子槍有兩種:冷場(chǎng)發(fā)射式(coldfieldemission,FE)，熱場(chǎng)發(fā)射式(thermalfieldemission,TF)當(dāng)在真空中的金屬表面受到108V/cm大小的電子

5、加速電場(chǎng)時(shí)，會(huì)有可觀數(shù)量的電子發(fā)射出來(lái)，此過(guò)程叫做場(chǎng)發(fā)射，其原理是高電場(chǎng)使電子的電位障礙產(chǎn)生Schottky精品文檔，供參考！效應(yīng)，亦即使能障寬度變窄，高度變低，因此電子可直接"穿隧"通過(guò)此狹窄能障并離開(kāi)陰極。場(chǎng)發(fā)射電子系從很尖銳的陰極尖端所發(fā)射出來(lái)，因此可得極細(xì)而又具高電流密度的電子束，其亮度可達(dá)熱游離電子槍的數(shù)百倍，或甚至千倍。???場(chǎng)發(fā)射電子槍所選用的陰極材料必需是高強(qiáng)度材料，以能承受高電場(chǎng)所加諸在陰極尖端的高機(jī)械應(yīng)力，鎢即因高強(qiáng)度而成為較佳的陰極材料。場(chǎng)發(fā)射槍通常以上下一組陽(yáng)極來(lái)產(chǎn)生吸取電子、聚焦、及加速電子等功能。利用

6、陽(yáng)極的特殊外形所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)，能對(duì)電子產(chǎn)生聚焦效果，所以不再需要韋氏罩或柵極。第一(上)陽(yáng)極主要是改變場(chǎng)發(fā)射的拔出電壓(extractionvoltage)，以控制針尖場(chǎng)發(fā)射的電流強(qiáng)度，而第二(下)陽(yáng)極主要是決定加速電壓，以將電子加速至所需要的能量。????要從極細(xì)的鎢針尖場(chǎng)發(fā)射電子，金屬表面必需完全干凈，無(wú)任何外來(lái)材料的原子或分子在其表面，即使只有一個(gè)外來(lái)原子落在表面亦會(huì)降低電子的場(chǎng)發(fā)射，所以場(chǎng)發(fā)射電子槍必需保持超高真空度，來(lái)防止鎢陰極表面累積原子。由于超高真空設(shè)備價(jià)格極為高昂，所以一般除非需要高分辨率SEM，否則較少采用場(chǎng)發(fā)

7、射電子槍。???冷場(chǎng)發(fā)射式最大的優(yōu)點(diǎn)為電子束直徑最小，亮度最高，因此影像分辨率最優(yōu)。能量散布最小，故能改善在低電壓操作的效果。為避免針尖被外來(lái)氣體吸附，而降低場(chǎng)發(fā)射電流，并使發(fā)射電流不穩(wěn)定，冷場(chǎng)發(fā)射式電子槍必需在10-10torr的真空度下操作，雖然如此，還是需要定時(shí)短暫加熱針尖至?2500K(此過(guò)程叫做?flashing)，以去除所吸附的氣體原子。它的另一缺點(diǎn)是發(fā)射的總電流最小。???熱場(chǎng)發(fā)式電子槍是在1800K溫度下操作，避免了大部份的氣體分子吸附在針尖表面，所以免除了針尖flashing的需要。熱式能維持較佳的發(fā)射電流穩(wěn)定

8、度，并能在較差的真空度下(10-9torr)操作。雖然亮度與冷式相類似，但其電子能量散布卻比冷式大3~5倍，影像分辨率較差，通常較不常使用。掃描電子顯微鏡之--電子槍結(jié)構(gòu)原理及重要參數(shù)SEM--基礎(chǔ)2010-06-2114:10:42閱讀114評(píng)論0??字號(hào)：大