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钨灯丝扫描电镜和场发射扫描电镜是一样的吗?

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扫描电镜中,钨灯丝电镜与场发射电镜有着不少的相似之处。比如说,都配有电子枪即发射电子的装置,具有阴极和阳极,且阴极都是点源发射。但是,两者间区别也是非常值得各位关注的。

比如在发射机制上。钨灯丝扫描电镜属于热发射,在灯丝电极加直流电压,钨丝发热,使用温度一般在2600K~2800K之间,钨丝有很高的电子发射效率,温度越高电流密度越大,理想情况下的的电子枪亮度越高。由于材料的蒸发速度随温度升高而急剧上升,因此钨灯丝的寿命比较短,一般在50~200小时之间,这个和设定的灯丝温度有关。由于电子发射温度高,发射的电子能量分散度大,一般2ev,电子枪引起的色差会比较大。

场发射扫描电镜电子枪主要的发射机制不是靠加热阴极,而是在尖阴极表面增加强电场,从而降低阴极材料的表面势垒,并且可以使得表面势垒宽度变窄到纳米尺度,从而出现量子隧道效应,在常温甚至在低温下,大量低能电子通过隧道发射到真空中,由于阴极材料温度低,一般材料不会损失,因此寿命很长,可使用上万小时。

另外,两者的系统真空度也不同。钨灯丝扫描电镜使用一般的高真空,两级真空泵系统获得0.001pa的真空度即可满足,因此造价低。场发射扫描电镜使用超高真空,需要三级真空泵必须获得0.0000001Pa以上的真空度才可以稳定工作。

之所以会有这样的区别原因在于:

(1)、电子枪尖阴极不耐较低的真空中被电离的离子轰击,否则枪尖很容易被扫平而失效,这时候的性能还不如钨灯丝。

(2)、电子枪阴极尖端在较低的真空下,吸附的气体分子会急剧加大阴极材料的表面势垒,造成电子枪发射不稳,亮度降低,所以必须使用超高真空一般是10^-8次方。

(3) 超高真空系统的造价明显比钨灯丝高很多。超高真空的洁净度要好于钨灯丝的一般高真空,因此很长时间,也就是在灯丝寿命内,系统可以免清洗和维护。钨灯丝扫描电镜相对维护周期要短一些。
 

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