Suministros para microscopio electrónico de barrido

Igual: todos los cañones de electrones son dispositivos que emiten electrones. Todos ellos tienen cátodos y ánodos. El cátodo emite desde una fuente puntual. Existe un campo eléctrico de CC de alto voltaje entre el cátodo y el ánodo. El alto voltaje generalmente es ajustable para controlar la velocidad de emisión (energía) de los electrones. La intensidad de corriente emitida por el cañón de electrones es muy pequeña, nivel de microamperios, nivel de nanoamperios. Para evitar que la gran corriente generada por la ionización del gas rompa el suministro de energía de alto voltaje, se requiere un ambiente de alto vacío. El cátodo del cañón de electrones pertenece a la serie de consumibles.

Diferencias, ventajas y desventajas:

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

El cátodo del cañón de electrones de alambre de tungsteno utiliza alambre de tungsteno. con un diámetro de 0,1 mm. Tiene forma de V (cátodo de alambre de tungsteno en forma de horquilla). La punta de la forma de V se utiliza como fuente de emisión puntual con un radio de curvatura de aproximadamente 0,1 mm. El cañón de emisión de electrones utiliza un alambre de tungsteno con un diámetro de 0,1 mm, que se corroe para formar un cátodo puntiagudo en forma de aguja, el radio de curvatura general está entre 100 nm y 1 μm. Debido a la diferencia en el proceso de fabricación y el costo. el cátodo de alambre de tungsteno bifurcado es barato y el cátodo de emisión de campo es caro.

2. Diferentes mecanismos de emisión, ventajas y desventajas

El alambre de tungsteno es emisión térmica. Cuando se aplica un voltaje de CC al electrodo de filamento, el filamento de tungsteno genera calor. La temperatura de funcionamiento general está entre 2600K y 2800K y el alambre de tungsteno tiene una alta eficiencia de emisión de electrones. Idealmente, cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la densidad de corriente y más brillante será el cañón de electrones. Dado que la tasa de evaporación del material aumenta bruscamente con la temperatura, la vida útil del filamento de tungsteno es relativamente corta, generalmente entre 50 y 200 horas, lo que está relacionado con la temperatura establecida del filamento.

El principal mecanismo de emisión del cañón de electrones de emisión de campo no es calentar el cátodo, sino aumentar el fuerte campo eléctrico en la superficie del cátodo puntiagudo, reduciendo así la barrera superficial del material del cátodo, reduciendo el ancho de la barrera de la superficie al nivel nanométrico y generando un efecto de desgaste de túnel cuántico. A temperatura ambiente o incluso a bajas temperaturas, se emiten grandes cantidades de electrones de baja energía a través del túnel hacia el vacío. Dado que la temperatura del material del cátodo es baja, el material general no se perderá, por lo que tiene una larga vida útil y puede usarse durante decenas de miles de horas.

3. El método de control del cañón de electrones es diferente del diámetro de la fuente de electrones.

El filamento de tungsteno está controlado por una polarización tripolar autosuficiente, con un circuito de retroalimentación negativa de polarización y alta estabilidad de la corriente de emisión debido a la gran área de la fuente del punto de emisión del cátodo, el tamaño; de la fuente de electrones también es relativamente grande, 50 ~ 100 μm. La emisión puede alcanzar de decenas a 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 pequeño, y la baja relación señal-ruido es el factor fundamental que limita la resolución de la imagen. Actualmente, la resolución óptima de los microscopios electrónicos de barrido de tungsteno es de 3,0 nanómetros. .

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 baja. Dado que el área de suministro de energía emitida por el cátodo afilado es muy pequeña, aproximadamente 100 nm, y no existe una fuente de electrones obvia, la fuente de electrones virtual existe como el objeto inicial del diseño del sistema óptico 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 alambre de tungsteno. Cuando el tamaño del punto del haz se reduce por debajo de 65438 ± 0 nm, todavía hay suficiente corriente de sonda para obtener suficientes señales de imagen, por lo que la resolución es alta, logrando la resolución óptima actual de la microscopía electrónica de barrido por emisión de campo.

4. Diferentes grados de vacío del sistema y sus ventajas y desventajas

Los microscopios electrónicos de barrido de tungsteno utilizan un alto vacío general y un sistema de bomba de vacío de dos etapas puede alcanzar el grado de vacío de 0.001pa, por lo que el costo es relativamente bajo.

El microscopio electrónico de barrido de emisión de campo utiliza un vacío ultra alto y 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 en la punta del cañón de electrones no puede resistir el bombardeo de iones ionizados en un vacío bajo. De lo contrario, la punta del cañón se aplasta fácilmente y se vuelve ineficaz. En este momento, el rendimiento no es tan bueno como el del tungsteno. cable. En segundo lugar, las moléculas de gas adsorbidas en la punta del cátodo del cañón de electrones aumentarán en gran medida la barrera superficial del material del cátodo en condiciones de vacío más bajo. La emisión del cañón de electrones es inestable y el brillo se reduce, por lo que se debe utilizar un vacío ultra alto, normalmente 10 elevado a -8. Los sistemas de vacío ultra alto obviamente cuestan mucho más que los filamentos de tungsteno. El vacío ultraalto es más limpio que el filamento de tungsteno, por lo que el sistema se puede limpiar y mantener durante un largo período de tiempo, es decir, durante la vida útil del filamento. Los microscopios electrónicos de barrido de tungsteno tienen ciclos de mantenimiento relativamente cortos.

5. Existe una diferencia obvia de grado entre el alambre de tungsteno y la emisión de campo, que también se refleja obviamente en el precio.

Cientos de miles de microscopios electrónicos de barrido con alambre de tungsteno y cientos de miles de productos de emisión de campo están todos expresados ​​en dólares estadounidenses. En la actualidad, en China sólo se pueden fabricar los microscopios electrónicos de barrido de tungsteno de gama más baja.

Para las expresiones cualitativas anteriores, consulte los materiales relevantes para obtener datos específicos.