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SEM場發射分為哪兩種

發布時間:2021-03-02 11:20:00

1、請問SEM掃描電鏡中鎢燈絲與場發射的同與異,及各自的優點和缺點。謝謝,在線等。。。

相同:都是電子槍即發射電子的裝置,都有陰極和陽極, 陰極都是點源發射,陰極和陽極之間有直流高壓電場存在,高壓一般可調,用於控制電子的發射速度(能量),電子槍發射的電流強度很小,微安級別和納安級別,為防止氣體電離造成的大電流擊穿高壓電源,都需要高真空環境。電子槍陰極都屬於耗材系列。
差異和優劣:
1、點源直徑不同及優劣:
鎢燈絲電子槍陰極使用0.1mm直徑的鎢絲製成V形(發叉式鎢絲陰極),使用V形的尖端作為點發射源,曲率半徑大約為0.1mm;場發射電子槍陰極使用0.1mm直徑的鎢絲,經過腐蝕製成針狀的尖陰極,一般曲率半徑在100nm~1μm之間。由於製作工藝上的差異,造價不同,發叉式鎢絲陰極便宜,場發射陰極很貴。
2、發射機制不同和優劣
鎢燈絲屬於熱發射,在燈絲電極加直流電壓,鎢絲發熱,使用溫度一般在2600K~2800K之間,鎢絲有很高的電子發射效率,溫度越高電流密度越大,理想情況下的的電子槍亮度越高。由於材料的蒸發速度隨溫度升高而急劇上升,因此鎢燈絲的壽命比較短,一般在50~200小時之間,這個和設定的燈絲溫度有關。由於電子發射溫度高,發射的電子能量分散度大,一般2ev, 電子槍引起的色差會比較大。
場發射電子槍主要的發射機制不是靠加熱陰極,而是在尖陰極表面增加強電場,從而降低陰極材料的表面勢壘,並且可以使得表面勢壘寬度變窄到納米尺度,從而出現量子隧道效應,在常溫甚至在低溫下,大量低能電子通過隧道發射到真空中,由於陰極材料溫度低,一般材料不會損失,因此壽命很長,可使用上萬小時。
3、電子槍控制方式和電子源直徑不同和優劣性。
鎢燈絲是三極自給偏壓控制,具有偏壓負反饋電路,因此發射電流穩定度高;由於陰極發射點源面積大,因此電子源尺寸也比較大,50~100μm,發射可達幾十~150μA,但電子槍的亮度低,因此當電子束斑聚焦到幾個納米的時候,總的探針電流很小, 信噪比太低是限制圖像解析度的根本因素,當前最佳鎢燈絲掃描電鏡最佳解析度3.0nm.
場發射電子槍沒有偏壓負反饋電路,外界電源的穩定度是決定因素,發射電流穩定度相比要低一些;由於尖陰極發射電源面積很小100nm左右,沒有明顯的電子源,因此使用虛電子源作為電子光學系統設計的初始物而存在,電子虛源直徑一般在2~20nm,電子槍亮度相比鎢燈絲提高上千倍。當束斑尺寸縮小到1nm以下時依然具有足夠強的探針電流來獲得足夠的成像信號,因此解析度高,當前最佳的場發射掃描電鏡解析度實現了亞納米級別。
4、系統真空度不同及優劣
鎢燈絲掃描電鏡使用一般的高真空,兩級真空泵系統獲得0.001pa的真空度即可滿足,因此造價低。
場發射掃描電鏡使用超高真空,需要三級真空泵必須獲得0.0000001Pa以上的真空度才可以穩定工作。原因在於電子槍尖陰極不耐較低的真空中被電離的離子轟擊,否則槍尖很容易被掃平而失效,這時候的性能還不如鎢燈絲,其次電子槍陰極尖端在較低的真空下,吸附的氣體分子會急劇加大陰極材料的表面勢壘,造成電子槍發射不穩,亮度降低,所以必須使用超高真空一般是10的-8次方。 超高真空系統的造價明顯比鎢燈絲高很多。超高真空的潔凈度要好於鎢燈絲的一般高真空,因此很長時間,也就是在燈絲壽命內,系統可以免清洗和維護。鎢燈絲掃描電鏡相對維護周期要短一些。

5、鎢燈絲和場發射是具有明顯檔次差異的,這也從價格上明確反映。鎢燈絲掃描電鏡十幾萬,場發射幾十萬,都是美元。國內目前只能製造最低檔次的鎢燈絲掃描電鏡。

以上定性表達,具體數據還望查閱有關資料

2、冷熱場發射掃描電鏡的區別是什麼?

場發射分熱場和冷場,共性是解析度高。熱場的束流大些,適合進行分析,但維護成本相對較高,維護要求高。冷場做表面形貌觀測是適合的,相對而言維護成本低些,維護要求不算高。

冷場發射電子槍
優點:單色性好,解析度高
缺點:電子槍束流不穩定,束流小,不適合做能譜分析,每天要做一次Flash
熱場發射電子槍
優點:電子束穩定,束流大
缺點:與冷場相比除了單色性和解析度略差點外,其它找不出缺點。

熱場在總發射電流(Total emission current)、最大探針電流(Maximum probe current)、電子束雜訊(Beam noise)、發射電流漂移(Emission current drift)、工作真空(Operating vacuum)、陰極還原(Cathode regeneration)、對外部影響的敏感性(Sensitivity to external influence)等方面都具有一等的優勢。這些參數直接影響電鏡的性能。在陰極半徑(Cathode radius)、有效電子源半徑(Effective source radius)、發射電流密度(Emission current density)、標准亮度(Normalised brightness)等方面,冷場發射略勝一籌。這幾個參數總起來說就是冷場發射陰極的發射面積較小、能量集中,便於將電子束聚焦於一個很小的點,以提高解析度。但是在現代的電鏡技術條件下,熱場發射電鏡通過採取各種有效措施,也能夠將電子束匯聚於一個理想的點,達到冷場發射電鏡的解析度水平。
熱場發射電鏡主要的一個缺點是燈絲(陰極)壽命較短,給定壽命2000小時,實際可用3年左右。而冷場發射陰極壽命相對較長,且更換費用較低。

3、tem和sem的異同比較分析以及 環境掃描電鏡,場發射電鏡與傳統電鏡

TEM和SEM的異同比較分析以及環境掃描電鏡,場發射電鏡與傳統電鏡相比較的技術特點和應用

xrd是x射線衍射,可以分析物相,SEM是掃描電鏡,主要是觀察顯微組織,TEM是透射電鏡,主要觀察超限微結構。AES是指能譜,主要分析濃度分布。STM掃描隧道顯微鏡,也是觀察超微結構的。AFM是原子力顯微鏡,主要是觀察表面形貌用的。

TEM:

透射電子顯微鏡(英語:Transmission electron microscope,縮寫TEM),簡稱透射電鏡,是把經加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上,電子與樣品中的原子碰撞而改變方向,從而產生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關,因此可以形成明暗不同的影像。通常,透射電子顯微鏡的解析度為0.1~0.2nm,放大倍數為幾萬~百萬倍,用於觀察超微結構,即小於0.2μm、光學顯微鏡下無法看清的結構,又稱「亞顯微結構」。 TEM是德國科學家Ruskahe和Knoll在前人Garbor和Busch的基礎上於1932年發明的。

其他的建議樓主查看文獻啊,文獻上講解都是比較詳細的,百度知道字數有限,只能給你粘貼這么多了

4、電分為哪兩種

直流電,交流電
直流電

direct current

大小和方向都不隨時間變化的電流。又稱恆定電流。所通過的電路稱直流電路,是由直流電源和電阻構成的閉合導電迴路。在該電路中,形成恆定的電場,在電源外,正電荷經電阻從高電勢處流向低電勢處,在電源內,靠電源的非靜電力的作用,克服靜電力,再從低電勢處到達高電勢處,如此循環,構成閉合的電流線。所以,在直流電路中,電源的作用是提供不隨時間變化的恆定電動勢,為在電阻上消耗的焦耳熱補充能量。

在比較簡單的直流電路中,電源電動勢、電阻、電流以及任意兩點電壓之間的關系可根據歐姆定律及電動勢的定義得出。復雜的直流網路可根據G.R.基爾霍夫方程組求解。它包括節點電流方程和迴路電壓方程兩部分,前者指出,對於任一節點(3個或3個以上支路的交點),流入和流出節點的各電流的代數和為零,這是恆定條件的要求,後者指出,對於任一閉合迴路(網格),各部分電壓降的代數和為零,這是靜電場環路定理的結果,兩者構成了完備的方程組。

測量直流電路中電流、電壓、電阻、電源電動勢等物理量的儀表稱為直流儀表。常用的有電流計,安培計,伏特計,電橋,電勢差計等。

直流電源有化學電池,燃料電池,溫差電池,太陽能電池,直流發電機等。直流電主要應用於各種電子儀器,電解,電鍍,直流電力拖動等方面。

在電力傳輸上,19世紀80年代以後,由於不便於將直流電低電壓升至高電壓進行遠距離傳輸,直流輸電曾讓位於交流輸電。20世紀60年代以來,由於採用高電壓、大功率變流器將直流電變為交流電,直流輸電系統又重新受到重視並獲得新的發展。

交流電

jiāo liú diàn

方向和強度作周期性變化的電流。現在使用的交流電,一般是方向和強度每秒改變50次。

5、空間站分為哪兩種形式?

空間站分為單一式和組合式兩種。單一式空間站由運載火箭或太空梭直接發射入軌;組合式空間站由若干枚火箭或太空梭多次發射並組裝而成。

6、節點分為哪兩種類型?

根據節點之間的關系,計算機網路分為廣域網和區域網 。 廣域網也稱為遠程內網,所覆蓋的范圍容可從幾百公里到幾千公里,是一個行業或者專業系統內使用的遠程網路,不是公共互聯網。 區域網是應用最廣的一種網路,幾乎每個單位都有自己的區域網,有的甚至家庭中都有自己的小型區域網。所謂區域網,就是在局部范圍內使用的網路,它所覆蓋的范圍較小,一般來說位於一個建築物或一個單位內。區域網在計算機數量配置上沒有太多的限制,少的可以只有兩台,多的可達幾百台。

7、環境掃描電子顯微鏡與場發射電子顯微鏡的區別

電子顯微鏡又分為鎢燈絲掃描電子顯微鏡(W-SEM)和場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM),兩者的區別主要在於解析度上,不知LZ是了解哪種!

8、場發射掃描電鏡和環境掃描電鏡的區別。

掃描式電子顯微鏡,其系統設計由上而下,由電子槍 (Electron Gun) 發射電子束,經過一組磁透鏡聚焦 (Condenser Lens) 聚焦後,用遮蔽孔徑 (Condenser Aperture) 選擇電子束的尺寸(Beam Size)後,通過一組控制電子束的掃描線圈,再透過物鏡 (Objective Lens) 聚焦,打在樣品上,在樣品的上側裝有訊號接收器,用以擇取二次電子 (Secondary Electron) 或背向散射電子 (Backscattered Electron) 成像。
電子槍的必要特性是亮度要高、電子能量散布 (Energy Spread) 要小,目前常用的種類計有三種,鎢(W)燈絲、六硼化鑭(LaB6)燈絲、場發射 (Field Emission),不同的燈絲在電子源大小、電流量、電流穩定度及電子源壽命等均有差異。
熱游離方式電子槍有鎢(W)燈絲及六硼化鑭(LaB6)燈絲兩種,它是利用高溫使電子具有足夠的能量去克服電子槍材料的功函數(work function)能障而逃離。對發射電流密度有重大影響的變數是溫度和功函數,但因操作電子槍時均希望能以最低的溫度來操作,以減少材料的揮發,所以在操作溫度不提高的狀況下,就需採用低功函數的材料來提高發射電流密度。
價錢最便宜使用最普遍的是鎢燈絲,以熱游離 (Thermionization) 式來發射電子,電子能量散布為 2 eV,鎢的功函數約為4.5eV,鎢燈絲系一直徑約100μm,彎曲成V形的細線,操作溫度約2700K,電流密度為1.75A/cm2,在使用中燈絲的直徑隨著鎢絲的蒸發變小,使用壽命約為40~80小時。
六硼化鑭(LaB6)燈絲的功函數為2.4eV,較鎢絲為低,因此同樣的電流密度,使用LaB6隻要在1500K即可達到,而且亮度更高,因此使用壽命便比鎢絲高出許多,電子能量散布為 1 eV,比鎢絲要好。但因LaB6在加熱時活性很強,所以必須在較好的真空環境下操作,因此儀器的購置費用較高。
場發射式電子槍則比鎢燈絲和六硼化鑭燈絲的亮度又分別高出 10 - 100 倍,同時電子能量散布僅為 0.2 - 0.3 eV,所以目前市售的高解析度掃描式電子顯微鏡都採用場發射式電子槍,其解析度可高達 1nm 以下。
目前常見的場發射電子槍有兩種:冷場發射式(cold field emission , FE),熱場發射式(thermal field emission ,TF)
當在真空中的金屬表面受到108V/cm大小的電子加速電場時,會有可觀數量的電子發射出來,此過程叫做場發射,其原理是高電場使電子的電位障礙產生Schottky效應,亦即使能障寬度變窄,高度變低,因此電子可直接"穿隧"通過此狹窄能障並離開陰極。場發射電子系從很尖銳的陰極尖端所發射出來,因此可得極細而又具高電流密度的電子束,其亮度可達熱游離電子槍的數百倍,或甚至千倍。
場發射電子槍所選用的陰極材料必需是高強度材料,以能承受高電場所加諸在陰極尖端的高機械應力,鎢即因高強度而成為較佳的陰極材料。場發射槍通常以上下一組陽極來產生吸取電子、聚焦、及加速電子等功能。利用陽極的特殊外形所產生的靜電場,能對電子產生聚焦效果,所以不再需要韋氏罩或柵極。第一(上)陽極主要是改變場發射的拔出電壓(extraction voltage),以控制針尖場發射的電流強度,而第二(下)陽極主要是決定加速電壓,以將電子加速至所需要的能量。
要從極細的鎢針尖場發射電子,金屬表面必需完全乾凈,無任何外來材料的原子或分子在其表面,即使只有一個外來原子落在表面亦會降低電子的場發射,所以場發射電子槍必需保持超高真空度,來防止鎢陰極表面累積原子。由於超高真空設備價格極為高昂,所以一般除非需要高解析度SEM,否則較少採用場發射電子槍。
冷場發射式最大的優點為電子束直徑最小,亮度最高,因此影像解析度最優。能量散布最小,故能改善在低電壓操作的效果。為避免針尖被外來氣體吸附,而降低場發射電流,並使發射電流不穩定,冷場發射式電子槍必需在10-10 torr的真空度下操作,雖然如此,還是需要定時短暫加熱針尖至2500K(此過程叫做flashing),以去除所吸附的氣體原子。它的另一缺點是發射的總電
流最小。
熱場發式電子槍是在1800K溫度下操作,避免了大部份的氣體分子吸附在針尖表面,所以免除了針尖flashing的需要。熱式能維持較佳的發射電流穩定度,並能在較差的真空度下(10-9 torr)操作。雖然亮度與冷式相類似,但其電子能量散布卻比冷式大3~5倍,影像解析度較差,通常較不常使用。

9、規則分為哪兩種

不知道,我們當年沒學過。 我猜是成文的硬性規定

10、請問哪裡有場發射掃描電鏡(SEM)測試?

國家有色金屬金屬及電子材料分析測試中心,他們有三台掃描電鏡,其中一台是場發射的。

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