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SEM场发射分为哪两种

发布时间:2021-03-02 11:20:00

1、请问SEM扫描电镜中钨灯丝与场发射的同与异,及各自的优点和缺点。谢谢,在线等。。。

相同:都是电子枪即发射电子的装置,都有阴极和阳极, 阴极都是点源发射,阴极和阳极之间有直流高压电场存在,高压一般可调,用于控制电子的发射速度(能量),电子枪发射的电流强度很小,微安级别和纳安级别,为防止气体电离造成的大电流击穿高压电源,都需要高真空环境。电子枪阴极都属于耗材系列。
差异和优劣:
1、点源直径不同及优劣:
钨灯丝电子枪阴极使用0.1mm直径的钨丝制成V形(发叉式钨丝阴极),使用V形的尖端作为点发射源,曲率半径大约为0.1mm;场发射电子枪阴极使用0.1mm直径的钨丝,经过腐蚀制成针状的尖阴极,一般曲率半径在100nm~1μm之间。由于制作工艺上的差异,造价不同,发叉式钨丝阴极便宜,场发射阴极很贵。
2、发射机制不同和优劣
钨灯丝属于热发射,在灯丝电极加直流电压,钨丝发热,使用温度一般在2600K~2800K之间,钨丝有很高的电子发射效率,温度越高电流密度越大,理想情况下的的电子枪亮度越高。由于材料的蒸发速度随温度升高而急剧上升,因此钨灯丝的寿命比较短,一般在50~200小时之间,这个和设定的灯丝温度有关。由于电子发射温度高,发射的电子能量分散度大,一般2ev, 电子枪引起的色差会比较大。
场发射电子枪主要的发射机制不是靠加热阴极,而是在尖阴极表面增加强电场,从而降低阴极材料的表面势垒,并且可以使得表面势垒宽度变窄到纳米尺度,从而出现量子隧道效应,在常温甚至在低温下,大量低能电子通过隧道发射到真空中,由于阴极材料温度低,一般材料不会损失,因此寿命很长,可使用上万小时。
3、电子枪控制方式和电子源直径不同和优劣性。
钨灯丝是三极自给偏压控制,具有偏压负反馈电路,因此发射电流稳定度高;由于阴极发射点源面积大,因此电子源尺寸也比较大,50~100μm,发射可达几十~150μA,但电子枪的亮度低,因此当电子束斑聚焦到几个纳米的时候,总的探针电流很小, 信噪比太低是限制图像分辨率的根本因素,当前最佳钨灯丝扫描电镜最佳分辨率3.0nm.
场发射电子枪没有偏压负反馈电路,外界电源的稳定度是决定因素,发射电流稳定度相比要低一些;由于尖阴极发射电源面积很小100nm左右,没有明显的电子源,因此使用虚电子源作为电子光学系统设计的初始物而存在,电子虚源直径一般在2~20nm,电子枪亮度相比钨灯丝提高上千倍。当束斑尺寸缩小到1nm以下时依然具有足够强的探针电流来获得足够的成像信号,因此分辨率高,当前最佳的场发射扫描电镜分辨率实现了亚纳米级别。
4、系统真空度不同及优劣
钨灯丝扫描电镜使用一般的高真空,两级真空泵系统获得0.001pa的真空度即可满足,因此造价低。
场发射扫描电镜使用超高真空,需要三级真空泵必须获得0.0000001Pa以上的真空度才可以稳定工作。原因在于电子枪尖阴极不耐较低的真空中被电离的离子轰击,否则枪尖很容易被扫平而失效,这时候的性能还不如钨灯丝,其次电子枪阴极尖端在较低的真空下,吸附的气体分子会急剧加大阴极材料的表面势垒,造成电子枪发射不稳,亮度降低,所以必须使用超高真空一般是10的-8次方。 超高真空系统的造价明显比钨灯丝高很多。超高真空的洁净度要好于钨灯丝的一般高真空,因此很长时间,也就是在灯丝寿命内,系统可以免清洗和维护。钨灯丝扫描电镜相对维护周期要短一些。

5、钨灯丝和场发射是具有明显档次差异的,这也从价格上明确反映。钨灯丝扫描电镜十几万,场发射几十万,都是美元。国内目前只能制造最低档次的钨灯丝扫描电镜。

以上定性表达,具体数据还望查阅有关资料

2、冷热场发射扫描电镜的区别是什么?

场发射分热场和冷场,共性是分辨率高。热场的束流大些,适合进行分析,但维护成本相对较高,维护要求高。冷场做表面形貌观测是适合的,相对而言维护成本低些,维护要求不算高。

冷场发射电子枪
优点:单色性好,分辨率高
缺点:电子枪束流不稳定,束流小,不适合做能谱分析,每天要做一次Flash
热场发射电子枪
优点:电子束稳定,束流大
缺点:与冷场相比除了单色性和分辨率略差点外,其它找不出缺点。

热场在总发射电流(Total emission current)、最大探针电流(Maximum probe current)、电子束噪声(Beam noise)、发射电流漂移(Emission current drift)、工作真空(Operating vacuum)、阴极还原(Cathode regeneration)、对外部影响的敏感性(Sensitivity to external influence)等方面都具有一等的优势。这些参数直接影响电镜的性能。在阴极半径(Cathode radius)、有效电子源半径(Effective source radius)、发射电流密度(Emission current density)、标准亮度(Normalised brightness)等方面,冷场发射略胜一筹。这几个参数总起来说就是冷场发射阴极的发射面积较小、能量集中,便于将电子束聚焦于一个很小的点,以提高分辨率。但是在现代的电镜技术条件下,热场发射电镜通过采取各种有效措施,也能够将电子束汇聚于一个理想的点,达到冷场发射电镜的分辨率水平。
热场发射电镜主要的一个缺点是灯丝(阴极)寿命较短,给定寿命2000小时,实际可用3年左右。而冷场发射阴极寿命相对较长,且更换费用较低。

3、tem和sem的异同比较分析以及 环境扫描电镜,场发射电镜与传统电镜

TEM和SEM的异同比较分析以及环境扫描电镜,场发射电镜与传统电镜相比较的技术特点和应用

xrd是x射线衍射,可以分析物相,SEM是扫描电镜,主要是观察显微组织,TEM是透射电镜,主要观察超限微结构。AES是指能谱,主要分析浓度分布。STM扫描隧道显微镜,也是观察超微结构的。AFM是原子力显微镜,主要是观察表面形貌用的。

TEM:

透射电子显微镜(英语:Transmission electron microscope,缩写TEM),简称透射电镜,是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上,电子与样品中的原子碰撞而改变方向,从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关,因此可以形成明暗不同的影像。通常,透射电子显微镜的分辨率为0.1~0.2nm,放大倍数为几万~百万倍,用于观察超微结构,即小于0.2μm、光学显微镜下无法看清的结构,又称“亚显微结构”。 TEM是德国科学家Ruskahe和Knoll在前人Garbor和Busch的基础上于1932年发明的。

其他的建议楼主查看文献啊,文献上讲解都是比较详细的,百度知道字数有限,只能给你粘贴这么多了

4、电分为哪两种

直流电,交流电
直流电

direct current

大小和方向都不随时间变化的电流。又称恒定电流。所通过的电路称直流电路,是由直流电源和电阻构成的闭合导电回路。在该电路中,形成恒定的电场,在电源外,正电荷经电阻从高电势处流向低电势处,在电源内,靠电源的非静电力的作用,克服静电力,再从低电势处到达高电势处,如此循环,构成闭合的电流线。所以,在直流电路中,电源的作用是提供不随时间变化的恒定电动势,为在电阻上消耗的焦耳热补充能量。

在比较简单的直流电路中,电源电动势、电阻、电流以及任意两点电压之间的关系可根据欧姆定律及电动势的定义得出。复杂的直流网络可根据G.R.基尔霍夫方程组求解。它包括节点电流方程和回路电压方程两部分,前者指出,对于任一节点(3个或3个以上支路的交点),流入和流出节点的各电流的代数和为零,这是恒定条件的要求,后者指出,对于任一闭合回路(网格),各部分电压降的代数和为零,这是静电场环路定理的结果,两者构成了完备的方程组。

测量直流电路中电流、电压、电阻、电源电动势等物理量的仪表称为直流仪表。常用的有电流计,安培计,伏特计,电桥,电势差计等。

直流电源有化学电池,燃料电池,温差电池,太阳能电池,直流发电机等。直流电主要应用于各种电子仪器,电解,电镀,直流电力拖动等方面。

在电力传输上,19世纪80年代以后,由于不便于将直流电低电压升至高电压进行远距离传输,直流输电曾让位于交流输电。20世纪60年代以来,由于采用高电压、大功率变流器将直流电变为交流电,直流输电系统又重新受到重视并获得新的发展。

交流电

jiāo liú diàn

方向和强度作周期性变化的电流。现在使用的交流电,一般是方向和强度每秒改变50次。

5、空间站分为哪两种形式?

空间站分为单一式和组合式两种。单一式空间站由运载火箭或航天飞机直接发射入轨;组合式空间站由若干枚火箭或航天飞机多次发射并组装而成。

6、节点分为哪两种类型?

根据节点之间的关系,计算机网络分为广域网和局域网 。 广域网也称为远程内网,所覆盖的范围容可从几百公里到几千公里,是一个行业或者专业系统内使用的远程网络,不是公共互联网。 局域网是应用最广的一种网络,几乎每个单位都有自己的局域网,有的甚至家庭中都有自己的小型局域网。所谓局域网,就是在局部范围内使用的网络,它所覆盖的范围较小,一般来说位于一个建筑物或一个单位内。局域网在计算机数量配置上没有太多的限制,少的可以只有两台,多的可达几百台。

7、环境扫描电子显微镜与场发射电子显微镜的区别

电子显微镜又分为钨灯丝扫描电子显微镜(W-SEM)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),两者的区别主要在于分辨率上,不知LZ是了解哪种!

8、场发射扫描电镜和环境扫描电镜的区别。

扫描式电子显微镜,其系统设计由上而下,由电子枪 (Electron Gun) 发射电子束,经过一组磁透镜聚焦 (Condenser Lens) 聚焦后,用遮蔽孔径 (Condenser Aperture) 选择电子束的尺寸(Beam Size)后,通过一组控制电子束的扫描线圈,再透过物镜 (Objective Lens) 聚焦,打在样品上,在样品的上侧装有讯号接收器,用以择取二次电子 (Secondary Electron) 或背向散射电子 (Backscattered Electron) 成像。
电子枪的必要特性是亮度要高、电子能量散布 (Energy Spread) 要小,目前常用的种类计有三种,钨(W)灯丝、六硼化镧(LaB6)灯丝、场发射 (Field Emission),不同的灯丝在电子源大小、电流量、电流稳定度及电子源寿命等均有差异。
热游离方式电子枪有钨(W)灯丝及六硼化镧(LaB6)灯丝两种,它是利用高温使电子具有足够的能量去克服电子枪材料的功函数(work function)能障而逃离。对发射电流密度有重大影响的变量是温度和功函数,但因操作电子枪时均希望能以最低的温度来操作,以减少材料的挥发,所以在操作温度不提高的状况下,就需采用低功函数的材料来提高发射电流密度。
价钱最便宜使用最普遍的是钨灯丝,以热游离 (Thermionization) 式来发射电子,电子能量散布为 2 eV,钨的功函数约为4.5eV,钨灯丝系一直径约100μm,弯曲成V形的细线,操作温度约2700K,电流密度为1.75A/cm2,在使用中灯丝的直径随着钨丝的蒸发变小,使用寿命约为40~80小时。
六硼化镧(LaB6)灯丝的功函数为2.4eV,较钨丝为低,因此同样的电流密度,使用LaB6只要在1500K即可达到,而且亮度更高,因此使用寿命便比钨丝高出许多,电子能量散布为 1 eV,比钨丝要好。但因LaB6在加热时活性很强,所以必须在较好的真空环境下操作,因此仪器的购置费用较高。
场发射式电子枪则比钨灯丝和六硼化镧灯丝的亮度又分别高出 10 - 100 倍,同时电子能量散布仅为 0.2 - 0.3 eV,所以目前市售的高分辨率扫描式电子显微镜都采用场发射式电子枪,其分辨率可高达 1nm 以下。
目前常见的场发射电子枪有两种:冷场发射式(cold field emission , FE),热场发射式(thermal field emission ,TF)
当在真空中的金属表面受到108V/cm大小的电子加速电场时,会有可观数量的电子发射出来,此过程叫做场发射,其原理是高电场使电子的电位障碍产生Schottky效应,亦即使能障宽度变窄,高度变低,因此电子可直接"穿隧"通过此狭窄能障并离开阴极。场发射电子系从很尖锐的阴极尖端所发射出来,因此可得极细而又具高电流密度的电子束,其亮度可达热游离电子枪的数百倍,或甚至千倍。
场发射电子枪所选用的阴极材料必需是高强度材料,以能承受高电场所加诸在阴极尖端的高机械应力,钨即因高强度而成为较佳的阴极材料。场发射枪通常以上下一组阳极来产生吸取电子、聚焦、及加速电子等功能。利用阳极的特殊外形所产生的静电场,能对电子产生聚焦效果,所以不再需要韦氏罩或栅极。第一(上)阳极主要是改变场发射的拔出电压(extraction voltage),以控制针尖场发射的电流强度,而第二(下)阳极主要是决定加速电压,以将电子加速至所需要的能量。
要从极细的钨针尖场发射电子,金属表面必需完全干净,无任何外来材料的原子或分子在其表面,即使只有一个外来原子落在表面亦会降低电子的场发射,所以场发射电子枪必需保持超高真空度,来防止钨阴极表面累积原子。由于超高真空设备价格极为高昂,所以一般除非需要高分辨率SEM,否则较少采用场发射电子枪。
冷场发射式最大的优点为电子束直径最小,亮度最高,因此影像分辨率最优。能量散布最小,故能改善在低电压操作的效果。为避免针尖被外来气体吸附,而降低场发射电流,并使发射电流不稳定,冷场发射式电子枪必需在10-10 torr的真空度下操作,虽然如此,还是需要定时短暂加热针尖至2500K(此过程叫做flashing),以去除所吸附的气体原子。它的另一缺点是发射的总电
流最小。
热场发式电子枪是在1800K温度下操作,避免了大部份的气体分子吸附在针尖表面,所以免除了针尖flashing的需要。热式能维持较佳的发射电流稳定度,并能在较差的真空度下(10-9 torr)操作。虽然亮度与冷式相类似,但其电子能量散布却比冷式大3~5倍,影像分辨率较差,通常较不常使用。

9、规则分为哪两种

不知道,我们当年没学过。 我猜是成文的硬性规定

10、请问哪里有场发射扫描电镜(SEM)测试?

国家有色金属金属及电子材料分析测试中心,他们有三台扫描电镜,其中一台是场发射的。

与SEM场发射分为哪两种相关的知识