SEM掃描電子顯微鏡場發射電子槍與鎢絲電子槍的區別

相同點

它們都是電子槍，也就是發射電子的裝置。它們有陰極和陽極。陰極都是點源發射體。陰極和陽極之間有一個直流高壓電場。高電壓一般是可調的，用來控制電子的發射速度(能量)。電子槍發射電流的強度很小，微安級和納安級。為了防止氣體電離產生的大電流擊穿高壓電源，需要高真空環境。電子槍陰極屬于自耗系列。

差異

1. 不同的點源直徑：

鎢燈絲電子槍的陰極使用0.1mm直徑的鎢絲制成V形(分叉鎢燈絲陰極)。的V形的尖端被用作一個點發射源，和曲率半徑約為0.1毫米。場發射電子槍的陰極采用0.1mm直徑的鎢燈絲，它被蝕刻成針狀的尖陰極。一般來說，曲率半徑在100nm到1μm之間。

2. 不同的發射機制

鎢燈絲屬于熱發射。當直流電壓施加到燈絲電極上時，鎢燈絲產生熱量。工作溫度一般在2600K至2800K之間。鎢燈絲具有較高的電子發射效率。溫度越高，電流密度越大。在理想情況下，電子槍越亮。由于材料的蒸發率隨溫度的升高而急劇增加，因此鎢燈絲的壽命相對較短，一般在50至200小時之間。這與設定的長絲溫度有關。由于電子發射溫度高，發射的電子能量色散大，一般為2ev，電子槍造成的色差會比較大。

3. 不同的電子槍控制方法

鎢燈絲采用三極自給偏壓控制，并具有偏壓負反饋電路，發射電流穩定性高。由于陰極發射點源面積大，電子源尺寸也相對較大，50~100μm，發射功率可達幾十~150μA，而電子槍的亮度較低。

場發射電子槍沒有偏置負反饋電路。外接電源的穩定性是決定性因素。發射電流的穩定性相對較低。由于尖端陰極發射電源的面積很小，約為100nm，并且沒有明顯的電子源，因此采用虛電子源作為電子光學系統設計的初始對象。電子虛源的直徑一般為2～20nm，電子槍亮度相比鎢燈絲提高上千倍。當束斑尺寸減小到1nm以下時，探測電流仍然很強，足以獲得足夠的成像信號。

4. 不同系統真空度

鎢絲掃描電子顯微鏡采用普通高真空，兩級真空泵系統可獲得0.001pa的真空度。

場發射掃描電子顯微鏡使用超高真空，需要三級真空泵獲得0.0000001Pa或以上的真空度才能穩定運行。原因是電子槍尖陰極在較低的真空度下不能承受電離離子的轟擊，否則電子槍尖很容易被壓扁而失效。電子槍陰極尖端在較低的真空中被吸附。氣體分子會急劇增加陰極材料的表面勢壘，造成電子槍發射不穩定，亮度降低。因此，必須使用高真空。

審核編輯 黃宇