BW掃瞄式電子顯微鏡原理與應用1-4 www.tool-tool.com
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勤益技術大學
機械系張子欽副教授主編
Bewise Inc.提供
美國顯微鏡學會 Project Micro 影像
貼紙(左正面, 中與右膠黏面) (SEM)
貼紙(左正面, 中與右膠黏面) (SEM)
貼紙(左正面, 中與右膠黏面) (SEM)
電子光學
電 子激發試片產生訊號(包括X光、二次電子等)的量決定於打在試片上聚焦的電子束的電流大小。此外，探束的大小也影響到其解析度。因此，電子光學系統的設計 也就朝向最大電流、最小探束的可能性。瞭解儀器各部分的功能，以及控制電流與探束的大小是使用儀器的重點。本章節將就電子光學系統各部分的功能，探束大小 與電流的關係以及各項影響的因素加以討論。
電子槍
電子束產生方式
熱游離式 (Thermionic type)
場發射式 (Field emission type)
熱游離型電子槍原理
在足夠高的溫度下，部份電子的能量足夠克服功函數(work function,Ew)而自電子槍發射，此發射電流密度(Jc)可以Richardson公式表之 :
Jc=AcT2 exp(-Ew/KT) (單位A/cm2)
其中Ac(A/cm2K2)是常數，隨材料而異 ; T(K)是放射溫度。
熱游離型電子槍原理
一 般以鎢(W)為燈絲材料，甚少使用LaB6。操作時，燈絲經加熱並加一高的負電壓 (1-5O kV)，在燈絲的周圍是柵極 (Wehnelt cylinder)，加負偏壓(0-2500V)，此負偏壓使得電子束聚焦成一d0大小的交叉點，接下來的聚光透鏡及物鏡等，將此交叉點再縮小而形成最終 的電子束大小。
熱游離式電子槍原理
加 入偏壓時，發射電流隨電壓增大而減小，但燈絲亮度則有不同之變化。在低電壓時，發射電流受負電場作用而減小，但由於此負電場之聚焦作用，使得原來無法通過 柵極的電子變得可以通過而增加燈絲的亮度，所以亮度隨偏壓增加而增加; 當負偏壓大至某一程度時，許多發射電子都被阻擋住，使得聚焦作用相形失色，而致亮度減弱，因此有一最佳偏壓對應最大亮度。燈絲至柵極的距離變化會影響最佳 偏壓的數值。
電子槍特性
在 最佳負偏壓下，電子束電流隨燈絲電流增加而增加，但當到達某一值(即燈絲電流)時，電子束電流即趨飽和，此乃因燈絲電流超過放射電子所需之電流後，偏壓亦 隨著增加，使得燈絲附近之負電場增強，抵消了(燈絲電流增加所導致之)發射電流增加的效應而達到飽和狀態。至於偽峰(false peak)的出現，乃因燈絲某些區域的溫度首先達到發射溫度(較燈絲尖端為早)而放出放射電流所致。
熱游離型電子槍原理
LaB6 的功函數為2.4eV (較鎢的4.5 eV低)，因此同樣的電流密度 (1.75 A/cm2)，LaB6只要在 15OO K即可達到，而且亮度更人，因此其使用壽命便相對延長許多。但是LaB6在加熱時活性很強，可和許多元素形成化合物，所以必須在好的真空環境下操作，如此 亦增加其製造及操作之成本。
場發射電子槍
陰極係棒狀形式，尖端之直徑約小於1000Å，當加上負電壓時，其尖端電場可達 1O7V/cm2，因此電子可經隧道效應而不必加熱即離開陰極，其電流密度可達 1000到 1O6 A/cm2如此造成之亮度係熱離子槍所造成者之數百倍(在同樣之電壓下)，而其操作溫度僅止於室溫而已。由於電流密度與功函數有關，而功函數又會受到雜質 影響，所以場放射槍的真空度要求標準較高，約在10-10torr左右。大多數的SEM並不需要如此高真空，因此較少採用場放射槍。
場發射電子槍的結構圖
電子槍性質之比較
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