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鎢燈絲掃描電鏡和場發射掃描電鏡是一樣的嗎?

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掃描電鏡中,鎢燈絲電鏡與場發射電鏡有著不少的相似之處。比如說,都配有電子槍即發射電子的裝置,具有陰極和陽極,且陰極都是點源發射。但是,兩者間區別也是非常值得各位關注的。

比如在發射機制上。鎢燈絲掃描電鏡屬于熱發射,在燈絲電極加直流電壓,鎢絲發熱,使用溫度一般在2600K~2800K之間,鎢絲有很高的電子發射效率,溫度越高電流密度越大,理想情況下的的電子槍亮度越高。由于材料的蒸發速度隨溫度升高而急劇上升,因此鎢燈絲的壽命比較短,一般在50~200小時之間,這個和設定的燈絲溫度有關。由于電子發射溫度高,發射的電子能量分散度大,一般2ev,電子槍引起的色差會比較大。

場發射掃描電鏡電子槍主要的發射機制不是靠加熱陰極,而是在尖陰極表面增加強電場,從而降低陰極材料的表面勢壘,并且可以使得表面勢壘寬度變窄到納米尺度,從而出現量子隧道效應,在常溫甚至在低溫下,大量低能電子通過隧道發射到真空中,由于陰極材料溫度低,一般材料不會損失,因此壽命很長,可使用上萬小時。

另外,兩者的系統真空度也不同。鎢燈絲掃描電鏡使用一般的高真空,兩級真空泵系統獲得0.001pa的真空度即可滿足,因此造價低。場發射掃描電鏡使用超高真空,需要三級真空泵必須獲得0.0000001Pa以上的真空度才可以穩定工作。

之所以會有這樣的區別原因在于:

(1)、電子槍尖陰極不耐較低的真空中被電離的離子轟擊,否則槍尖很容易被掃平而失效,這時候的性能還不如鎢燈絲。

(2)、電子槍陰極尖端在較低的真空下,吸附的氣體分子會急劇加大陰極材料的表面勢壘,造成電子槍發射不穩,亮度降低,所以必須使用超高真空一般是10^-8次方。

(3) 超高真空系統的造價明顯比鎢燈絲高很多。超高真空的潔凈度要好于鎢燈絲的一般高真空,因此很長時間,也就是在燈絲壽命內,系統可以免清洗和維護。鎢燈絲掃描電鏡相對維護周期要短一些。
 

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