國產(chǎn)臺式掃描電鏡鎢燈絲發(fā)射電子的原理及在使用中應(yīng)該注意的問題
日期：2022-05-24
國產(chǎn)臺式掃描電鏡采用鎢燈絲電子槍，加速電壓在1-15kV范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，搭配二次電子探測器、背散射電子探測器、集成式oxford能譜儀，同時滿足形貌觀測及元素分析需求。
下面我們來了解一下有關(guān)國產(chǎn)臺式掃描電鏡鎢燈絲發(fā)射電子的原理及在使用過程中應(yīng)該注意的一些問題：
當(dāng)有電流流經(jīng)燈絲時，陰極被直接加熱，鎢燈絲中的電子受熱激發(fā)，在加速電場的作用下，電子定向發(fā)射。在正常的工作溫度下，電子從大約100um×150um的面積發(fā)射離開“V”形陰極尖.端。當(dāng)陰極的發(fā)射溫度增加時，其發(fā)射電流以指數(shù)的方式快速增長，使得束斑亮度大增。
但由于鎢陰極自身溫度升高，使之蒸發(fā)加快，陰極絲直徑隨著蒸發(fā)量的加大而變小，也隨使用時間的增長而變得越來越細(xì)，導(dǎo)致陰極絲斷開。
因此，燈絲達(dá)到工作溫度及飽和度所需的加熱電流也隨燈絲的變細(xì)而減小，其壽命也隨加熱溫度的升高而降低。
雖然提高燈絲的工作溫度，即加大加熱電流可能還能略微加大發(fā)射束流、增加一點亮度，但付出的代價將會是使燈絲壽命明顯縮短；反之若適當(dāng)?shù)販p小加熱電流，則燈絲的工作壽命會相應(yīng)延長。正常的燈絲加熱電流應(yīng)調(diào)在臨界飽和狀態(tài)，從而既可穩(wěn)定地發(fā)射電流，又不至于影響其正常的工作壽命。
這種直熱式的鎢陰極發(fā)射通過對燈絲的直接加熱，把電子從鎢陰極材料中激發(fā)出來。若增加燈絲的加熱電流，燈絲的溫度就會隨之上升，發(fā)射的束流也會隨之加大。當(dāng)燈絲的發(fā)射束流達(dá)到其高點時，即使再加大燈絲的加熱電流，其發(fā)射的束流也很難再有明顯增加，而只會增加燈絲的溫度，從而加速燈絲的揮發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致燈絲很快燒斷。也就是說操作者應(yīng)該小心地施加燈絲的加熱電流，以獲得既大又穩(wěn)定的發(fā)射束流，而燈絲的溫度又能恰到好處，不至于升得太高而造成過熱，這個點就叫作飽和點。
若燈絲的加熱電流偏小，未達(dá)到臨界飽和點，則會使燈絲的溫度偏低，發(fā)射束流偏小且不穩(wěn)定，結(jié)果會導(dǎo)致亮度不足、圖像的信噪比變差；若燈絲的加熱電流剛好處在臨界飽和點，則發(fā)射的束流既穩(wěn)定，亮度又高，圖像的信噪比又比較好；若加熱的電流超過臨界飽和點，則只會增加燈絲的溫度，而發(fā)射束流不會有明顯增加，但會明顯縮短燈絲的壽命，這種情況下的陰極激發(fā)電極壽命可能只有30~40小時，壽命短的甚至不到20小時。
所以在正常工作時，應(yīng)把燈絲的加熱電流設(shè)置在臨界飽和點，只有在這種狀態(tài)下，陰極發(fā)射的束流才能連續(xù)、穩(wěn)定，且能提供足夠的亮度，并且燈絲才能達(dá)到正常的預(yù)期壽命。
作者：澤攸科技