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桌上型電子顯微鏡怎麼選擇 ? 了解CeB6燈絲的五大優點

您正在考慮一台桌上型掃描式電子顯微鏡(SEM)嗎? 如果是的話,選擇符合您需求的燈絲源非常重要,因為不同的燈絲源會直接影響影像輸出品質。燈絲源,或稱陰極、燈絲、電子槍-是桌上型SEM中很重要的組成元件之一。它能提供穩定的電子束。

熱游離燈絲源的運作方式如下: 投射到樣品上的電子束是由電子槍燈絲源的陽極發出的電子所產生,並使用透鏡來控制電子束。當任何固體材料被加熱時,電子藉由熱激發後被射出,當電子束超過”工作曲線”—或是從材料中抽離所需的能量,此時激發就會變的很重要,因此燈絲源需要高熔點以及相對低功函數的材料製成。

圖一、電子槍的剖面圖與燈絲源組件示意圖

現今常見的掃描式電子顯微鏡燈絲源有兩種類型:鎢燈絲及六硼化鈰燈絲(CeB6)。問題是如何從中選擇最適合您的SEM呢?

在純金屬狀態下,鎢有最高的熔點、最低的蒸氣壓、最低的熱膨脹,以及非常高的延展強度,這些都是作為燈絲源的理想特性。然而,和CeB6燈絲源相比,鎢燈絲有著一些無可避免的缺點。

兩種燈絲源的差異,可由下面五個不同的方向討論:

  • 亮度: 相比鎢燈絲,在工作溫度較低之下,CeB6能有更高的電子束流,這表示在所有加速電壓下的亮度更高。特別的是,CeB6陰極提供的亮度是鎢的10倍。這使得CeB6有兩個優勢超越鎢。第一,在相同的聚焦點上可以提供更多電流,這代表著在同一個大小的點上,信噪比更佳。第二,在同一個信噪比前提下,CeB6的聚焦點能夠更小,這表示能呈現更好的解析度。

圖二、(左圖)使用CeB6燈絲拍攝的二氧化鈦粉末圖像。(右圖)使用鎢燈絲拍攝的相同粉末圖像。
  • 燈絲源尺寸:鎢的燈絲源尺寸是橢圓狀的,大小從50-100微米(µm),取決於燈絲源的構造及操作條件。相較之下,CeB6燈絲源尺寸小於25(µm),這意味著,鎢燈絲需要使用更大的聚焦倍率,能能獲得與CeB6燈絲相同大小的焦距和解析度。

  • 燈絲的溫度:鎢燈絲的工作溫度在2800 Kelvin上下,然而CeB6燈絲的工作溫度約1800 Kelvin。溫度的差距會直接影響燈絲的效果。

  • 電子束能量的散佈: 鎢燈絲源相比CeB6燈絲源有更高的溫度,會造成更多的能量散佈,通常鎢燈絲的散佈能量大約5電子福特(eV)。相比之下,CeB6燈絲大約1 eV,能產生更好的影像品質-特別是在低加速電壓模式下。

  • 電子燈絲源的生命週期: CeB6燈絲源生命周期大約是鎢的15倍以上-也可以說CeB6燈絲的1500+小時相對於鎢燈絲的100小時。鎢燈絲在白熱溫度下工作,鎢燈絲會漸漸變薄,最終會在成像過程中斷裂。相較之下,CeB6燈絲源會隨著時間慢慢衰退,用戶在操作階段中,能夠預測它何時損壞並安排更換。鎢燈絲的另一個缺點是,當燈絲斷掉時所產生的揮發物,時常會汙染電子槍的上半部,導致需要更換或者做清潔,甚至容易造成電子顯微鏡壞損。若使用CeB6燈絲源,就沒有會汙染電子槍的問題了。

由上述這些理由,我們強力推薦使用CeB6燈絲源。事實上,CeB6燈絲唯一的缺點是價格較鎢燈絲高。但如果考量更長的工作壽命及降低汙染的風險,從長期投資來看,選擇CeB6燈絲比較划算,這使得CeB6電子燈絲源更具吸引力。

 

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原文連結: https://www.thermofisher.com/blog/microscopy/five-reasons-to-choose-an-ceb6-vs-a-tungsten-electron-source/

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