涨知识了！你知道场发射电子枪与钨灯丝电子枪有什么区别吗？

SEM扫描电子显微镜场发射电子枪与钨丝电子枪的区别

相同点

它们都是电子枪，也就是发射电子的装置。它们有阴极和阳极。阴极都是点源发射体。阴极和阳极之间有一个直流高压电场。高电压一般是可调的，用来控制电子的发射速度(能量)。电子枪发射电流的强度很小，微安级和纳安级。为了防止气体电离产生的大电流击穿高压电源，需要高真空环境。电子枪阴极属于自耗系列。

差异

1. 不同的点源直径：

钨灯丝电子枪的阴极使用0.1mm直径的钨丝制成V形(分叉钨灯丝阴极)。的V形的尖端被用作一个点发射源，和曲率半径约为0.1毫米。场发射电子枪的阴极采用0.1mm直径的钨灯丝，它被蚀刻成针状的尖阴极。一般来说，曲率半径在100nm到1μm之间。

2. 不同的发射机制

钨灯丝属于热发射。当直流电压施加到灯丝电极上时，钨灯丝产生热量。工作温度一般在2600K至2800K之间。钨灯丝具有较高的电子发射效率。温度越高，电流密度越大。在理想情况下，电子枪越亮。由于材料的蒸发率随温度的升高而急剧增加，因此钨灯丝的寿命相对较短，一般在50至200小时之间。这与设定的长丝温度有关。由于电子发射温度高，发射的电子能量色散大，一般为2ev，电子枪造成的色差会比较大。

3. 不同的电子枪控制方法

钨灯丝采用三极自给偏压控制，并具有偏压负反馈电路，发射电流稳定性高。由于阴极发射点源面积大，电子源尺寸也相对较大，50~100μm，发射功率可达几十~150μA，而电子枪的亮度较低。

场发射电子枪没有偏置负反馈电路。外接电源的稳定性是决定性因素。发射电流的稳定性相对较低。由于尖端阴极发射电源的面积很小，约为100nm，并且没有明显的电子源，因此采用虚电子源作为电子光学系统设计的初始对象。电子虚源的直径一般为2～20nm，电子枪亮度相比钨灯丝提高上千倍。当束斑尺寸减小到1nm以下时，探测电流仍然很强，足以获得足够的成像信号。

4. 不同系统真空度

钨丝扫描电子显微镜采用普通高真空，两级真空泵系统可获得0.001pa的真空度。

场发射扫描电子显微镜使用超高真空，需要三级真空泵获得0.0000001Pa或以上的真空度才能稳定运行。原因是电子枪尖阴极在较低的真空度下不能承受电离离子的轰击，否则电子枪尖很容易被压扁而失效。电子枪阴极尖端在较低的真空中被吸附。气体分子会急剧增加阴极材料的表面势垒，造成电子枪发射不稳定，亮度降低。因此，必须使用高真空。

审核编辑 黄宇