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在 2018 年之前，為何沒有看到使用肖特基場發(fā)射電子源（FEG）的臺(tái)式掃描電子顯微鏡（SEM）呢？為何在臺(tái)式掃描電鏡（SEM）中使用場發(fā)射電子源（FEG）是十分的呢？

當(dāng)臺(tái)式掃描電鏡遇見場發(fā)射電子源

臺(tái)式掃描電鏡（SEM）是一個(gè)相對年輕且發(fā)展迅速的產(chǎn)品。其實(shí)許多應(yīng)用領(lǐng)域并不需要使用低于 1 nm 的超高分辨率掃描電鏡（SEM），10 nm 的分辨率是綽綽有余的。然而，由于材料特征點(diǎn)尺寸越來越小和觀測需求的增加，臺(tái)式掃描電鏡（SEM）用戶有時(shí)希望設(shè)備能夠具有更好的分辨率，并且保持測樣效率不變、操作依然簡便。

飛納臺(tái)式場發(fā)射掃描電鏡的誕生

在設(shè)計(jì)新的掃描電鏡（SEM）時(shí)會(huì)出現(xiàn)諸多挑戰(zhàn)。通常，為了獲得更好的性能，新設(shè)備的規(guī)格需要更高的要求。另一個(gè)挑戰(zhàn)是新系統(tǒng)的出現(xiàn)，不會(huì)影響到飛納臺(tái)式掃描電鏡（SEM）的操作簡便性。可以讓沒有掃描電鏡（SEM）操作經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室管理員能夠在短時(shí)間內(nèi)熟練操作電鏡。那么，當(dāng)飛納電鏡從 CeB₆ 電子源升級(jí)到 FEG 電子源時(shí)，將面臨的挑戰(zhàn)是什么？

首先，需要分析掃描電鏡（SEM）電子源之間的差異。

掃描電鏡電子源

電子源是掃描電鏡（SEM）中的主要組件之一。區(qū)分三種不同類型的電子源：鎢（W），六硼化鈰（CeB6）和場發(fā)射（FEG）電子源。僅基于燈絲亮度和燈絲尺寸等屬性，場發(fā)射（FEG）電子源是生成高分辨率圖像的*電子源。

臺(tái)式掃描電鏡中的場發(fā)射電子源

那么為什么在 2018 年之前，還沒有在飛納臺(tái)式掃描電鏡中看到臺(tái)式場發(fā)射電鏡？如上所述，主要基于機(jī)械設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn)：

· 場發(fā)射電子源（FEG）需要高真空的操作系統(tǒng)。通常，場發(fā)射電子源需要在 10^-9 或 10^-10 mbar 的真空環(huán)境中工作。遺憾的是，即使采用了更真空泵系統(tǒng)，仍不足以達(dá)到如此高的真空度。水分子容易粘附在掃描電鏡的側(cè)壁上，無法被抽送出去。去除這些水分子的方法是加熱鏡筒。對于臺(tái)式掃描電鏡（SEM）而言，這是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，由于鏡筒尺寸很小，鏡頭或探測器會(huì)出現(xiàn)過熱的問題。

· 需要提高系統(tǒng)穩(wěn)定性以適應(yīng)更高的放大倍數(shù)和分辨率。這增加了對電子和機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。

用于控制場發(fā)射燈絲的電子元器件不同于鎢（W）燈絲或 CeB₆ 燈絲，并且系統(tǒng)的機(jī)械靈敏度仍然需要非常穩(wěn)定。

荷蘭飛納公司克服了所有這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，于 2018 年推出臺(tái)式場發(fā)射掃描電鏡。