Nguồn phát xạ nhiệt với nguồn phát xạ trường: 4 điểm khác biệt chính
Nguồn electron là một trong những thành phần quan trọng nhất của kính hiển vi điện tử quét (SEM) vì nó xác định chất lượng, độ sáng và kích thước của chùm electron được sử dụng để chụp ảnh. Các đặc tính của chùm electron sẽ ảnh hưởng đến khả năng chụp ảnh tổng thể của SEM. Hai loại nguồn electron phổ biến được sử dụng trong SEM là súng phát xạ nhiệt và súng phát xạ trường. Mỗi cơ chế dựa vào các cơ chế khác nhau để tạo ra dòng electron ban đầu được gia tốc và tập trung vào bề mặt mẫu bằng thấu kính điện từ.
Chọn nguồn điện tử phù hợp cho ứng dụng dự định của bạn thường là bước đầu tiên khi đánh giá thiết bị SEM. Điều quan trọng là phải có một sự hiểu biết vững chắc về cách thức hoạt động của từng loại nguồn điện tử và cách nó ảnh hưởng đến khả năng của kính hiển vi. Blog này của chúng tôi nhằm mục đích cung cấp một cái nhìn tổng quan ngắn gọn về sự khác biệt chính giữa các nguồn electron phát xạ nhiệt và trường để giúp bạn chọn hệ thống SEM lý tưởng của mình.
Phát xạ nhiệt so với trường
Phát xạ nhiệt đề cập đến quá trình các electron được phát ra từ bề mặt vật liệu khi nó được nung nóng. Súng điện tử nhiệt chứa dây tóc vonfram hoặc tinh thể hexaboride trạng thái rắn như CeB6 hoặc LaB6 được chế tạo thành một đầu nhọn. Các electron được phát ra bằng cách làm nóng vật liệu nguồn cho đến khi các electron của nó thu được đủ năng lượng để vượt qua công thoát và thoát vào cột.
Phát xạ trường của electron xảy ra khi các electron được phát ra từ bề mặt vật liệu do sự hiện diện của điện trường mạnh. Súng phát xạ trường sử dụng đầu kim loại cực kỳ sắc bén làm bằng vonfram đơn tinh thể. Một điện trường được áp dụng bởi một cực dương và trường tập trung ở bề mặt của đầu gây ra hiệu ứng xuyên hầm và phát xạ electron.
Tính năng SEM: Nguồn electron phát xạ nhiệt so với trường
1. Độ phân giải
Xét về khả năng phân giải của các nguồn điện tử, súng phát xạ trường vượt trội. Một khẩu súng phát xạ trường có đường kính phát ra đầu nhỏ hơn và các electron phát ra có sự lan truyền năng lượng hẹp hơn, vừa cải thiện khả năng tập trung vào một đầu dò nhỏ vừa vạch ra các cấu trúc tốt trên bề mặt mẫu vật.
Đối với phân tích SEM thông thường, chẳng hạn như kiểm tra kiểm soát chất lượng được thực hiện trong môi trường sản xuất, SEM với bộ phát nhiệt có thể cung cấp khả năng hình ảnh đầy đủ với chi phí thấp hơn. Mặt khác, đối với các ứng dụng tiên tiến yêu cầu phân tích cấu trúc nano hoặc hình ảnh kV thấp, chọn SEM với súng phát xạ trường có độ sáng cao là lựa chọn tốt nhất.
2. Hình ảnh điện áp thấp
Bởi vì các nguồn phát xạ trường sáng hơn, chúng có thể phát ra các electron một cách hiệu quả ngay cả ở điện áp gia tốc thấp. Điều này mang lại cho FE-SEM khả năng duy nhất để hỗ trợ hình ảnh kV thấp, thường đề cập đến việc thu được hình ảnh SEM ở điện áp gia tốc dưới 5 kV. Hình ảnh điện áp thấp mang lại những lợi ích khác biệt, cụ thể là tăng độ nhạy bề mặt, giảm thiệt hại chùm tia và cải thiện chất lượng hình ảnh của các mẫu không dẫn điện. Đây có thể đặc biệt thuận lợi khi chụp ảnh các mẫu sinh học hoặc cách điện hoặc khi phân tích vật liệu nano và lớp phủ bề mặt.
3. STEM-IN-SEM
Một ưu điểm khác của việc có SEM với nguồn phát xạ trường là khả năng tiến hành chụp ảnh STEM (kính hiển vi điện tử quét truyền). Chế độ STEM-in-SEM liên quan đến việc thu được hình ảnh có độ phân giải cao về cấu trúc bên trong của mẫu bằng cách phân tích các electron truyền được phát ra bên dưới mẫu. Kỹ thuật này phù hợp để chụp ảnh các mẫu trong suốt điện tử (thường có độ dày < 100 nm) như các phần mô hoặc hạt nano.
Một số lợi ích chính của STEM-in-SEM là cải thiện độ phân giải (< 1 nm có thể đạt được bằng cách sử dụng Phenom Pharos ở chế độ STEM-in-SEM) và khả năng phân biệt giữa tán xạ điện tử góc thấp và góc cao, có thể được tận dụng để tạo ra hình ảnh trường sáng (BF) và trường tối (DF).
4. Chi phí
Một lợi ích lớn của bộ phát nhiệt so với súng phát xạ trường là chi phí. SEM được trang bị súng phát xạ trường đòi hỏi mức chân không cao hơn và thiết kế phức tạp hơn, dẫn đến giá mua cao hơn. Nhìn chung, chi phí sở hữu cho SEM phát xạ trường sẽ cao hơn so với SEM có nguồn phát xạ nhiệt. Trong khi FE-SEM có mức giá cao hơn, độ phân giải và hiệu suất vượt trội của chúng có thể mang lại giá trị to lớn cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
Kết luận
Sự lựa chọn giữa việc chọn SEM với nguồn phát xạ nhiệt và trường phụ thuộc chủ yếu vào các yêu cầu cụ thể của (các) ứng dụng SEM dự định. Một số khác biệt chính cần lưu ý có thể ảnh hưởng đến quyết định này là khả năng phân giải, tùy chọn chụp ảnh kV thấp, STEM-in-SEM và chi phí tổng thể.
Nói chung, các SEM cao cấp thường sẽ có nguồn phát xạ trường cho độ phân giải vượt trội nhưng chúng cung cấp phạm vi linh hoạt rộng hơn về các loại mẫu có thể được phân tích trong khi các nguồn nhiệt cung cấp chi phí sở hữu thấp hơn trong khi vẫn đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường.
