发布时间 : 星期一 文章钨灯丝、冷场、热场扫描电镜的区别 - 图文更新完毕开始阅读22d0a7886529647d272852d8
交叉斑的电流密度分布为高斯分布
（二）、阴极场发射原理, 以及由此演化的三种不同类型的电子枪。 肖特基热发射、冷场发射、热场发射
肖特基效应：
发射体前电子的势能曲线 V（z）， 外加电场 -e I E I z，电子的势能曲线。实际增加外电场的主要途径是减小阴极的曲率半径，发叉式钨丝阴极为100微米， 六硼化镧阴极约为5微米，肖特基热场发射阴极（单
晶六硼化镧或者ZrO/W)为小于1微米，冷场发射阴极小于100nm。
1）、外电场可以忽略不计，曲线A，例如 发叉式钨灯丝阴极。
2）、外电场增加，如曲线B,表现为势垒高度降低，因而能够提高发射电流密度，就是所谓的肖特基效应。 只有外电场增加到10五次方V/cm以上，肖特基效应才明显。 例如：六硼化镧热发射阴极， 肖特基热
场发射阴极（单晶六硼化镧材料，表面覆氧化锆单晶钨扩展的肖特基场发射阴极）
3）、进一步增加外电场强度，如曲线C，不仅势垒高度进一步降低，而且势垒的宽度显著变窄，当势垒宽度小于10nm，量子隧道效应成为发射的主导机制。 这时处于室温，大多数电子的动能不足以克服已经降低了的势垒，但可以穿透势垒。由于在费米能级处有大量的自由电子，结果发射电流密度很大--所谓的冷
场发射，发射本质是量子隧道效应。
量子隧道效应发射电流密度服从 Fowler-Nordheim定律。
当外电场I E I 超过10九次方 V/m时， 发射电流密度 10000-1000000A/cm?。 冷场阴极曲率半径小于
100nm，发射面积很小，一般总的发射电流1-10微安
冷场发射阴极尖的气体吸附会影响功函数，并引起发射电流波动。提高电子枪室的真空度，10的负8Pa，可以降低气体的吸附速率，但无法避免，对发射尖端进行瞬间加热到2000℃以上（flash），将会有效的脱
气。低于10负8Pa，针尖很快损坏。
下图是日本日立冷场发射扫描电镜电子枪阴极操作说明。
8-12小时必需进行Flash脱气恢复，然后需要等待30分钟，发射束流才会相对稳定。
冷场发射电子枪阴极，采用310单晶钨，功函数4.2ev，腐蚀成冷场发射阴极针尖，曲率半径小于100nm
4）、基于冷场发射，总的发射束流小，稳定度差，气体吸附需要超高真空和每天Flash的一些缺点，采用折中方法的是热场发射，发射体加热到1500K,这要求阴极尖端直径较粗，但比肖特基阴极针尖曲率半径小，从而使得外电场强度略低于冷场发射。发射机制是隧道电流效应+热发射，集合了部分冷场场发射的优点，同时避免气体吸附效应，因而可在较差的高真空条件下工作。ZrO/w在1800K和10负7次方Pa真空条件下,发射性能和冷场不相上下。发射束流更高，更稳定。分辨率稍微有一点点差，但作为多功能分析
的使用价值远远高于冷场发射。
二、电子枪的电子源: 第一交叉斑直径do
从电子枪阴极发射的电子束，在静电透镜中聚焦形成的“第一交叉斑”，常常被称作电子源。其直径为do，一般为20μm~100μm，和加速电压形成的静电场强大小有关。电子源是电磁透镜（聚光镜，物镜）进行聚焦成像的“物”而存在，经过三级电磁透镜缩小，成为具有纳米尺度的微小电子束斑，用于揭示微小区
域物质信息。 1、热发射电子枪电子源 1）、发叉式钨灯丝电子枪
电子源do=50μm--钨灯丝电子枪结构原理示意图（直接通入灯丝电流加热）
2）、六硼化镧热发射电子枪：
（旁热式：用加热线圈加热，被淘汰） 现在普遍采用直接加热，可以与钨灯丝互换。
六硼化镧电子枪结构示意图