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当台式电镜遇见肖特基场发射电子源

 发布时间:2019-03-08 点击量:183

在 2018 年之前,为何没有看到使用肖特基场发射电子源(FEG)的台式扫描电子显微镜(SEM)呢?为何在台式扫描电镜(SEM)中使用场发射电子源(FEG)是十分高效的呢?

 

当台式扫描电镜遇见场发射电子源

 

台式扫描电镜(SEM)是一个相对年轻且发展迅速的产品。其实许多应用领域并不需要使用低于 1 nm 的超高分辨率扫描电镜(SEM),10 nm 的分辨率是绰绰有余的。然而,由于材料特征点尺寸越来越小和观测需求的增加,台式扫描电镜(SEM)用户有时希望设备能够具有更好的分辨率,并且保持测样效率不变、操作依然简便。

 

飞纳台式场发射扫描电镜的诞生

 

在设计新的扫描电镜(SEM)时会出现诸多挑战。通常,为了获得更好的性能,新设备的规格需要更高的要求。另一个挑战是新系统的出现,不会影响到飞纳台式扫描电镜(SEM)的操作简便性。可以让没有扫描电镜(SEM)操作经验的实验室管理员能够在短时间内熟练操作电镜。那么,当飞纳电镜从 CeB6 电子源升级到 FEG 电子源时,将面临的挑战是什么?

 

首先,需要分析扫描电镜(SEM)电子源之间的差异。

 

扫描电镜电子源

 

电子源是扫描电镜(SEM)中的主要组件之一。区分三种不同类型的电子源:钨(W),六硼化铈(CeB6)和场发射(FEG)电子源。仅基于灯丝亮度和灯丝尺寸等属性,场发射(FEG)电子源是生成高分辨率图像的zui佳电子源。

 

台式扫描电镜中的场发射电子源

 

那么为什么在 2018 年之前,还没有在飞纳台式扫描电镜中看到台式场发射电镜?如上所述,主要基于机械设计所面临的挑战:

 

· 场发射电子源(FEG)需要高真空的操作系统。通常,场发射电子源需要在 10-9 或 10-10 mbar 的真空环境中工作。遗憾的是,即使采用了更高级真空泵系统,仍不足以达到如此高的真空度。水分子容易粘附在扫描电镜的侧壁上,无法被抽送出去。去除这些水分子的方法是加热镜筒。对于台式扫描电镜(SEM)而言,这是一个非常复杂的过程,由于镜筒尺寸很小,镜头或探测器会出现过热的问题。

 

· 需要提高系统稳定性以适应更高的放大倍数和分辨率。这增加了对电子和机械系统稳定性的要求。

 

用于控制场发射灯丝的电子元器件不同于钨(W)灯丝或 CeB6 灯丝,并且系统的机械灵敏度仍然需要非常稳定。

 

荷兰飞纳公司克服了所有这些设计挑战,于 2018 年推出台式场发射扫描电镜。

 

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