國產臺式掃描電鏡鎢燈絲發射電子的原理及在使用中應該注意的問題
日期：2022-05-24
國產臺式掃描電鏡采用鎢燈絲電子槍，加速電壓在1-15kV范圍內連續可調，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國產臺式掃描電鏡鎢燈絲發射電子的原理及在使用過程中應該注意的一些問題：
當有電流流經燈絲時，陰極被直接加熱，鎢燈絲中的電子受熱激發，在加速電場的作用下，電子定向發射。在正常的工作溫度下，電子從大約100um×150um的面積發射離開“V”形陰極尖.端。當陰極的發射溫度增加時，其發射電流以指數的方式快速增長，使得束斑亮度大增。
但由于鎢陰極自身溫度升高，使之蒸發加快，陰極絲直徑隨著蒸發量的加大而變小，也隨使用時間的增長而變得越來越細，導致陰極絲斷開。
因此，燈絲達到工作溫度及飽和度所需的加熱電流也隨燈絲的變細而減小，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；反之若適當地減小加熱電流，則燈絲的工作壽命會相應延長。正常的燈絲加熱電流應調在臨界飽和狀態，從而既可穩定地發射電流，又不至于影響其正常的工作壽命。
這種直熱式的鎢陰極發射通過對燈絲的直接加熱，把電子從鎢陰極材料中激發出來。若增加燈絲的加熱電流，燈絲的溫度就會隨之上升，發射的束流也會隨之加大。當燈絲的發射束流達到其高點時，即使再加大燈絲的加熱電流，其發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，進而導致燈絲很快燒斷。也就是說操作者應該小心地施加燈絲的加熱電流，以獲得既大又穩定的發射束流，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，未達到臨界飽和點，則會使燈絲的溫度偏低，發射束流偏小且不穩定，結果會導致亮度不足、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，則發射的束流既穩定，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，應把燈絲的加熱電流設置在臨界飽和點，只有在這種狀態下，陰極發射的束流才能連續、穩定，且能提供足夠的亮度，并且燈絲才能達到正常的預期壽命。
作者：澤攸科技