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透射电镜TEM电子枪解读

透射电镜(TEM)

  • 《电子显微分析》等书对电子枪的原理说明的比较分散,笔者对部分书籍中对电子枪的说明,进行了一个汇总并且并且写出了一些自己的看法。


    透射电子显微镜的光源是电子枪,位于电镜的最上部,是产生电子的装置。对于电子显微镜来说,电子枪的种类不同,电子束的汇聚直径、能量的发散度也不同,这些都影响着透射电镜的性能。电子枪可分为热电子发射型和场发射型两种类型。
    热电子发射型电子枪包括发夹式钨灯丝和六硼化镧单晶灯丝。工作时灯丝通电受热,在外加电场的作用下发射电子。钨灯丝的工作环境的真空度需要~10-3Pa,通常加热到~2800K时发射电子,光源尺寸~50μm。六硼化镧单晶灯丝的工作环境的真空度需要~10-5Pa,比钨灯丝高两个数量级,通常加热到~1800K时发射电子,比钨灯丝低1000K,光源尺寸~10μm,远小于钨灯丝。因此通常六硼化镧灯丝的电镜的性能优越于钨灯丝电镜。
    场发射型电子枪是利用隧道效应,使金属内部的电子穿过低势垒的金属表面发射出来形成场发射。场发射型电子枪尖端材料是钨单晶,分为热阴极场发射和冷阴极场发射电子枪,工作时其光源尺寸为10-100nm。冷阴极电子枪以将钨的(310)面作为发射极,不需加热,在室温使用,其要求的真空度为10-8Pa,其能量发散度仅为0.3~0.5eV,有非常好的分辨率,但是由于其是在室温发射电子,在发射极上会产生残留气体分子的离子吸附,产生发射噪声,是其性能下降,所以必须定期进行闪光处理。而热阴极电子枪在1600-1800K温度下场发射,其真空度为10-7Pa,要求低于冷场阴极,也因此其能量发散度0.6-0.8eV,大于冷场阴极,这是其缺点。但是热场发射不产生离子吸附,大大降低了发射噪声,也不需要闪光处理,可以得到稳定的发射电流。总的来说,冷场和热场各有各的优缺点。
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  • 五月

    第1楼2015/08/13

    谢谢整理分享,仔细学习一下

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  • Christy__Tang

    第2楼2015/08/20

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    Christy

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  • kuiwa

    第3楼2015/10/14

    钨灯丝图片弄错了吧,现在的电镜除了比较差的扫描电镜没听说有用钨灯丝的。图片中的灯丝那是场发射(钨单晶)的照片吧。

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