电子显微镜-电子源
电子显微镜通过发射电子与样品相互作用成像,用来“照射”样品的可靠电子源是电镜最重要的部分之一。
电子显微镜对电子束的要求非常高。目前只有两种电子源满足要求:热电子发射源和场发射电子源。目前商用的,热电子发射源用的是钨灯丝或六硼化镧晶体(较常见);场发射电子源用的是很细的针状钨丝(具体分为肖特基发射源和冷场发射源)。热电子源即为被加热时产生电子;场发射电子源则是在它和阳极之间加一个大电势时产生电子。肖特基电子源是热和场发射电子源的结合。场发射电子源的费用高于热电子源,且热电子(W 或 )与场发射(W)电子源不能互换。与之对应的是,场发射电子源产生的是比热电子源单色性更好的电子。
我们称热发射钨电子源为“灯丝”,因为钨可以被拉成细丝,类似白炽灯中用的灯丝。六硼化镧通常沿 <110> 取向生长来增强发射能力。
事实上,把任何一种材料加热到足够高的温度,电子都会获得足够的能量以克服阻止它们离开的表面势垒(称为功函数 Φ)。大小约为几个电子伏。
场发射电子源通常叫做 FEG,其工作原理和热电子源有着本质区别。基本原理是:电场强度 E 在尖端急剧增加,这是因为如果把电压 V 加到半径为 r 的(球形)尖端,则在场发射中我们称细针为“针尖”,钨丝是最容易加工成细针尖的材料之一,可以加工出半径小于 0.1μm 的针尖,场发射与钨针尖的晶体取向相关,<310> 是最好的取向。
场发射枪(FEG)相对简单,通过拔出电压将电子从针尖中拉出来,然后通过加速电压对电子加速。第一次启动时要缓慢增加拔出电压,使热机械振动不至于损坏针尖。这就是使用 FEG 要执行的唯一实际操作,并总是由计算机实际控制。
对于做材料和纳米技术的,应该尽量选择最高可用高压,当然这可能也会带来更高的电子束损伤。但实际上,同一台仪器调节高压后需要稳定很长一段时间,所以一般不通过调节高压的方式以减小对样品的电子束损伤。
肖特基发射枪具有较大的光源和能量发散度,但其束流稳定,噪声较小。总的来说。对常规的 FEG 工作,肖特基枪更好。
大束科技(北京)有限责任公司自主研发了电镜零部件,尤其是消耗型的部件都做到了国产化,例如液态镓离子源、电子源、钨灯丝、电子枪和离子枪配件、光阑、电镜上使用的各种电源等,可以完全替代进口产品。大束科技(北京)有限责任公司的可以量产的生产制造场地即将装修完毕投入使用,实现量产以后,在最极端的情况下,如果在国内已经安装的进口电镜原厂家不再提供配件,大束科技(北京)有限责任公司的产品可以保障国内这些进口电镜正常运行。此外,还为用户提供定制化电子显微镜以及电子枪系统等的维修服务,以及其他技术服务和产品升级等一站式、全方位的支持。在场发射电子源(电子显微镜灯丝)、离子源以及电镜上的高低压电源、电镜控制系统研发制造等领域等均具有优势。大束科技的技术服务团队也在不断地壮大,我们的工程师可以独立维修大部分型号的电子显微镜,同时也可以对大部分型号机器独立更换灯丝和离子源。
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