电子显微镜-电子源

电子显微镜-电子源

电子显微镜通过发射电子与样品相互作用成像，用来“照射”样品的可靠电子源是电镜最重要的部分之一。

电子显微镜对电子束的要求非常高。目前只有两种电子源满足要求：热电子发射源和场发射电子源。目前商用的，热电子发射源用的是钨灯丝或六硼化镧晶体（较常见）；场发射电子源用的是很细的针状钨丝（具体分为肖特基发射源和冷场发射源）。热电子源即为被加热时产生电子；场发射电子源则是在它和阳极之间加一个大电势时产生电子。肖特基电子源是热和场发射电子源的结合。场发射电子源的费用高于热电子源，且热电子（W 或  ）与场发射（W）电子源不能互换。与之对应的是，场发射电子源产生的是比热电子源单色性更好的电子。

我们称热发射钨电子源为“灯丝”，因为钨可以被拉成细丝，类似白炽灯中用的灯丝。六硼化镧通常沿 <110> 取向生长来增强发射能力。

事实上，把任何一种材料加热到足够高的温度，电子都会获得足够的能量以克服阻止它们离开的表面势垒（称为功函数 Φ）。大小约为几个电子伏。

场发射电子源通常叫做 FEG，其工作原理和热电子源有着本质区别。基本原理是：电场强度 E 在尖端急剧增加，这是因为如果把电压 V 加到半径为 r 的（球形）尖端，则在场发射中我们称细针为“针尖”，钨丝是最容易加工成细针尖的材料之一，可以加工出半径小于 0.1μm 的针尖，场发射与钨针尖的晶体取向相关，<310> 是最好的取向。

场发射枪（FEG）相对简单，通过拔出电压将电子从针尖中拉出来，然后通过加速电压对电子加速。第一次启动时要缓慢增加拔出电压，使热机械振动不至于损坏针尖。这就是使用 FEG 要执行的唯一实际操作，并总是由计算机实际控制。

对于做材料和纳米技术的，应该尽量选择最高可用高压，当然这可能也会带来更高的电子束损伤。但实际上，同一台仪器调节高压后需要稳定很长一段时间，所以一般不通过调节高压的方式以减小对样品的电子束损伤。

肖特基发射枪具有较大的光源和能量发散度，但其束流稳定，噪声较小。总的来说。对常规的 FEG 工作，肖特基枪更好。

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