相同:兩者都是電子槍,即發射電子的裝置。它們都有陰極和陽極。陰極都是點源發射體。陰極和陽極之間有一個直流高壓電場。高電壓一般是可調的,用來控制電子的發射速度(能量),電子槍發射的電流強度很小,微安級和納安級。為了防止氣體電離產生的大電流擊穿高壓電源,需要高真空環境。電子槍陰極屬于消耗品系列
區別和利弊:
1. 不同點源直徑及其優缺點:
鎢絲電子槍的陰極使用0.1mm直徑的鎢絲制成V形(分叉鎢絲陰極)。的V形的尖端被用作一個點發射源,和曲率半徑約為0.1毫米。場發射電子槍的陰極采用直徑為0.1mm的鎢絲,它被蝕刻成針狀的尖陰極。一般的曲率半徑在100nm到1μm之間。由于制造工藝的不同,成本也不同。叉鎢絲陰極便宜,而場發射陰極非常昂貴。
2. 不同的發射機制及其優缺點
鎢絲屬于熱發射。當直流電壓施加到燈絲電極,鎢絲產生熱量。工作溫度一般在2600K至2800K之間。鎢絲具有較高的電子發射效率。溫度越高,電流密度越大。在理想情況下,電子槍越亮。由于材料的蒸發速率隨溫度的升高而急劇增加,因此鎢絲的壽命相對較短,一般在50—200小時之間。這與燈絲的設定溫度有關。由于電子發射溫度高,發射的電子能量色散大,一般為2ev,電子槍造成的色差會比較大
3. 不同的電子槍控制方法和電子源直徑及其優缺點
鎢絲采用三極自給偏壓控制,并具有偏壓負反饋電路,發射電流穩定性高。。由于陰極發射點源面積大,電子源的尺寸也相對較大,50~100μm,發射功率可達幾十~150μA,而電子槍的亮度較低,因此當電子束點聚焦于幾納米時,總探測針電流很小,信噪比過低,這是限制圖像分辨率的根本因素。最佳鎢絲掃描電鏡的最佳分辨率為3.0nm。
場發射電子槍沒有偏置負反饋電路。外接電源的穩定性是決定性因素。發射電流的穩定性相對較低。。由于針尖陰極發射電源的面積很小,約為100nm,并且沒有明顯的電子源,因此采用虛電子源作為電子光學系統設計的初始對象。電子虛源的直徑一般為2~20nm,電子槍的亮度比鎢絲高。千萬次。當束斑尺寸減小到1 nm以下時,探測電流仍然很強,足以獲得足夠的成像信號,因此分辨率很高。目前最好的場發射掃描電子顯微鏡已經達到亞納米級的分辨率。
4. 不同系統真空度及其優缺點
鎢絲掃描電子顯微鏡采用普通高真空,兩級真空泵系統可獲得0.001pa的真空度,成本低。
場發射掃描電子顯微鏡使用超高真空,需要三級真空泵獲得0.0000001Pa或以上的真空度才能穩定運行。。原因是電子槍尖陰極在較低的真空度下不能承受電離離子的轟擊,否則電子槍尖很容易被壓扁而失效。這個時候,性能還不如一根鎢絲。其次,電子槍陰極尖端在較低的真空中被吸附。氣體分子會急劇增加陰極材料的表面勢壘,造成電子槍發射不穩定,降低亮度。因此,必須使用超高真空,通常為10的-8次方。超高真空系統的成本明顯高于鎢絲。超高真空的清潔度優于一般鎢絲的高真空度,因此系統可以長期,即在燈絲的壽命期內進行清洗和免維護。鎢絲掃描電子顯微鏡的維護周期相對較短
5. 鎢絲和場發射有明顯的等級差異,這一點在價格上也有明顯的體現。鎢絲掃描電子顯微鏡成本幾十萬,場發射成本幾十萬,都以美元計。目前,國內只能生產最低檔次的鎢絲掃描電子顯微鏡。