在掃描電鏡的設(shè)計(jì)中,電鏡的燈絲就好比汽車的發(fā)動(dòng)機(jī),汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的類型決定著汽車的排量,扭矩,加速時(shí)間等,同樣,掃描電鏡所用的燈絲也決定著電鏡圖片的分辨率,成像襯度及信噪比。選定了汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)就需要選擇與之相匹配的底盤,車架,變速器。而對(duì)掃描電鏡來說,選定了掃描電鏡所使用的燈絲,就需要選擇與之相匹配的真空系統(tǒng),電子光學(xué)系統(tǒng)及成像系統(tǒng)。
飛納臺(tái)式掃描電鏡是臺(tái)式 SEM 中*選用六硼化鈰 (CeB6) 燈絲的電鏡,其他品牌如日立,日本電子,韓國(guó)酷賽目,韓國(guó)賽科等均選用普通的鎢燈絲。六硼化鈰燈絲類似于透射電鏡中常用的六硼化鑭燈絲,其亮度為鎢燈絲的 10 倍,電子源尺寸更小,單色性更強(qiáng),有利于在樣品上形成更小更亮的電子束斑,得到的電鏡圖片分辨率更高,信噪比更強(qiáng)。
下圖為兩類不同的燈絲外觀圖像:
這三種燈絲的性能對(duì)比如下:
依次對(duì)比上表所列特性:
01.電子源大小
電子源大小為電子槍發(fā)射出電子后經(jīng)韋氏帽匯聚后所形成的電子束斑,六硼化鑭和六硼化鈰燈絲明顯小于鎢燈絲,更有利于經(jīng)過聚光鏡和物鏡匯聚后形成更小的電子束斑,從而得到更好的分辨率;
02.亮度
亮度為燈絲單位面積內(nèi)的電子流強(qiáng)度,亮度越高,越有利于得到更充足的信號(hào),提高圖片的信噪比和清晰度。六硼化鑭和六硼化鈰燈絲的亮度為鎢燈絲的10 倍,因此可以得到信噪比更好的圖片;
03.能量寬幅
能量寬幅代表燈絲發(fā)射出的電子的單色性,能量寬幅越小代表燈絲發(fā)射出的電子單色性越好,能量也越集中,能量集中有助于減小透鏡色差,形成更小的束斑從而提高分辨率,六硼化鑭和六硼化鈰燈絲發(fā)射的電子單色性更高,分辨率更高;
下圖為使用六硼化鈰 (CeB6) 燈絲的飛納臺(tái)式掃描電鏡與使用普通鎢燈絲臺(tái)式電鏡同一樣品的效果對(duì)比可知,六硼化鈰燈絲臺(tái)式電鏡的分辨率更高,信噪比更強(qiáng)。
04.陰極溫度
陰極溫度也就是燈絲的工作溫度,工作溫度越低,燈絲的揮發(fā)也就越慢,壽命也會(huì)越長(zhǎng),六硼化鑭和六硼化鈰燈絲的工作溫度遠(yuǎn)低于鎢燈絲,因此它們的壽命比鎢燈絲長(zhǎng)很多。下圖為六硼化鈰和六硼化鑭隨溫度變化的揮發(fā)速率對(duì)比,可見在 1800℃ 的工作溫度下,六硼化鈰揮發(fā)速度比六硼化鑭更慢,其壽命更長(zhǎng) (>1500h),而六硼化鑭只有 1000h 的壽命。
05.使用壓力
使用壓力即為燈絲正常工作需要的真空度,六硼化鑭和六硼化鈰燈絲需要的真空度 (10-5Pa) 比鎢燈絲 (10-3Pa) 更高,因此他們對(duì)真空系統(tǒng)的要求也會(huì)更高。
06.壽命
壽命即為燈絲的正常使用時(shí)間,由于鎢燈絲的壽命只有 50-100h,因此使用鎢燈絲作為電子源的電鏡需要經(jīng)常更換燈絲,而使用六硼化鑭和六硼化鈰燈絲的電鏡則不需要。
綜上可知,使用六硼化鈰 (CeB6) 燈絲的飛納臺(tái)式掃描電鏡其電鏡圖像分辨率和信噪比都較使用普通鎢燈絲的臺(tái)式電鏡要更好,且燈絲壽命更長(zhǎng),不需要頻繁更換燈絲。飛納臺(tái)式電鏡之所以能在所有臺(tái)式電鏡中*使用高性能的六硼化鈰 (CeB6) 燈絲,還是得益于其的三倉分離真空技術(shù),能在臺(tái)式電鏡狹小的空間中為燈絲提供高的真空度 (10-5Pa) ,并且在更換樣品時(shí)不影響燈絲倉的真空度。飛納鏡傳承于 FEI 的低真空環(huán)掃技術(shù)保證了飛納臺(tái)式電鏡可以地利用六硼化鈰這一優(yōu)異性能的燈絲,而其他的臺(tái)式掃描電鏡生產(chǎn)廠家是做不到的,這也是飛納臺(tái)式電鏡近幾年的異軍突起的原因之一。
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