Cuénteme sobre las similitudes y diferencias entre el filamento de tungsteno y la emisión de campo en los microscopios electrónicos de barrido SEM, así como sus respectivas ventajas y desventajas.

Igual: ambos son cañones de electrones, es decir, dispositivos que emiten electrones. Ambos tienen un cátodo y un ánodo. Los cátodos son todos emisores de fuente puntual. Hay un campo eléctrico de CC de alto voltaje entre el cátodo y. El ánodo es generalmente ajustable y se utiliza para el control. La velocidad de emisión (energía) de los electrones y la intensidad de la corriente emitida por el cañón de electrones son muy pequeñas, a nivel de microamperios y nanoamperios, para evitar la gran corriente causada. debido a la ionización del gas al romper la fuente de alimentación de alto voltaje, se requiere un ambiente de alto vacío. El cátodo de cañón de electrones pertenece a la serie de consumibles.

Diferencias, ventajas y desventajas:

. 1. Diferentes diámetros de fuente puntual y ventajas y desventajas:

El cátodo del cañón de electrones de filamento de tungsteno está hecho de alambre de tungsteno de 0,1 mm de diámetro. El cátodo del cañón de electrones de emisión de campo utiliza un alambre de tungsteno de 0,1 mm de diámetro. , que se corroe en un cátodo puntiagudo en forma de aguja. El radio de curvatura está entre 100 nm y 1 μm. Debido a las diferencias en los procesos de fabricación, el costo es diferente. El cátodo de alambre de tungsteno bifurcado es muy caro. .

2. Diferentes mecanismos de emisión y sus ventajas y desventajas

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El filamento de tungsteno es una emisión térmica. Cuando se aplica voltaje CC al electrodo del filamento, el filamento de tungsteno. genera calor. La temperatura de funcionamiento generalmente está entre 2600K y 2800K. El filamento de tungsteno tiene una alta eficiencia de emisión de electrones. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la densidad de corriente. Idealmente, el brillo del cañón de electrones es mayor. Aumenta bruscamente a medida que aumenta la temperatura, la vida útil del filamento de tungsteno es relativamente corta, generalmente entre 50 y 200 horas. Esto está relacionado con la temperatura establecida del filamento porque la temperatura de emisión de electrones es alta y la dispersión de energía de los electrones emitidos es. grande, generalmente 2ev, y la diferencia de color causada por el cañón de electrones será relativamente grande.

El principal mecanismo de emisión del cañón de electrones de emisión de campo no es calentar el cátodo, sino aumentar la cantidad de energía. en la superficie del cátodo puntiagudo, un campo eléctrico fuerte puede reducir la barrera superficial del material del cátodo y puede estrechar el ancho de la barrera superficial a la escala nanométrica, provocando así el efecto de túnel cuántico a temperatura ambiente o incluso a bajas temperaturas. una gran cantidad de electrones de baja energía se emiten al vacío a través del túnel. Debido a que la temperatura del cátodo es baja y, en general, el material no se perderá, por lo que la vida útil es muy larga y puede usarse. decenas de miles de horas.

3. Los métodos de control del cañón de electrones y los diámetros de la fuente de electrones son diferentes y tienen ventajas y desventajas.

El filamento de tungsteno es un filamento tripolar autosuficiente control de polarización y tiene un circuito de retroalimentación negativa de polarización, por lo que la corriente de emisión tiene una alta estabilidad debido a la gran área de fuente del punto de emisión del cátodo, el tamaño de la fuente de electrones también es relativamente grande, 50 ~ 100 μm, y la emisión puede alcanzar docenas ~ 150 μA; pero el brillo del cañón de electrones es bajo, por lo que cuando el punto del haz de electrones se enfoca a unos pocos nanómetros, la corriente total de la sonda es muy pequeña y la baja relación señal-ruido es el factor fundamental que limita la resolución de la imagen. Actualmente, el mejor microscopio electrónico de barrido con filamento de tungsteno tiene la mejor resolución de 3,0 nm.

El cañón de electrones de emisión de campo no tiene un circuito de retroalimentación negativa de polarización. La estabilidad de la fuente de alimentación externa es el factor decisivo y. la estabilidad de la corriente de emisión es relativamente baja porque el área de suministro de energía de emisión del cátodo puntiagudo es muy pequeña. Tan pequeña como aproximadamente 100 nm, no hay una fuente de electrones obvia, por lo que la fuente de electrones virtual se utiliza como objeto inicial para el diseño de la óptica de electrones; El diámetro de la fuente virtual de electrones es generalmente de 2 a 20 nm, y el brillo del cañón de electrones es miles de veces mayor que el del filamento de tungsteno. Cuando el tamaño del haz se reduce a menos de 1 nm, la sonda. La corriente sigue siendo lo suficientemente fuerte como para obtener suficientes señales de imagen, por lo que la resolución es alta. El mejor microscopio electrónico de barrido de emisión de campo actual ha logrado una resolución subnanométrica.

4, diferentes grados de vacío del sistema y sus ventajas y desventajas.

El microscopio electrónico de barrido con filamento de tungsteno utiliza un alto vacío general y el sistema de bomba de vacío de dos etapas puede obtener un grado de vacío de 0,001 pa, por lo que el costo es bajo.

El campo El microscopio electrónico de barrido de emisiones utiliza un vacío ultra alto, que requiere una bomba de vacío de tres etapas para obtener un grado de vacío de más de 0,0000001 Pa para funcionar de manera estable. La razón es que el cátodo de la punta del cañón de electrones no puede soportar el bombardeo de iones ionizados. en un vacío menor, de lo contrario la punta del arma puede fácilmente aplastarse y fallar, el rendimiento en este momento no es tan bueno como el del filamento de tungsteno. En segundo lugar, cuando la punta del cátodo del cañón de electrones está debajo de un. Bajo vacío, las moléculas de gas adsorbidas aumentarán drásticamente la barrera superficial del material del cátodo, lo que hará que el cañón de electrones emita de forma inestable y reduzca el brillo, por lo que debe El uso de vacío ultra alto es generalmente de 10 elevado a 8. El El costo del sistema de vacío ultra alto es obviamente mucho más alto que el del filamento de tungsteno. La limpieza del vacío ultra alto es mejor que el alto vacío general del filamento de tungsteno, por lo que durante mucho tiempo, el filamento es Durante su vida útil, el El sistema no requiere limpieza ni mantenimiento. Los microscopios electrónicos de barrido con filamento de tungsteno tienen ciclos de mantenimiento relativamente más cortos.

5. Existen diferencias obvias entre el filamento de tungsteno y la emisión de campo, lo que también se refleja claramente en el precio. El microscopio electrónico de barrido con filamento de tungsteno cuesta cientos de miles y la emisión de campo cuesta cientos de miles, ambos en dólares estadounidenses. Actualmente, solo se puede fabricar el grado más bajo en China. Microscopio electrónico de barrido con filamento de tungsteno.

La expresión cualitativa anterior, consulte la información relevante para obtener datos específicos.