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桌上型掃描式電子顯微鏡(SEM)選購要點:鎢燈絲和CeB6燈絲差在哪?

勀傑科技 翻譯

如果您正在尋找掃描式電子顯微鏡(SEM),那麼您可能已經知道燈絲是系統中最重要的部分之一。在本篇文章中,我們將深入探討鎢燈絲和CeB6燈絲的不同。

如何選擇電子顯微鏡燈絲

對於不同的燈絲源,就性能來說,場發射(FEG)燈絲源生成的高解析圖像最為出色,但是它要求的真空度很高,需要高價的真空設計。因此,對於倍率不需要那麼高的使用者來說,就會更注重能夠以較低成本生成高質量的圖像。這就是為什麼您經常看到鎢燈絲和CeB6燈絲在桌上型電子顯微鏡供應商提供的規格表中。而燈絲的成本效益與它的使用壽命和機台日常維護有關。

圖一、鎢燈絲與CeB6燈絲

燈絲是消耗品

理想情況下,我們都希望有燈絲源的使用壽命能貫穿在整個SEM的生命週期內,可能是10年或是更久。遺憾的是,燈絲源是消耗品,不可避免地會「磨損」。 燈絲源的壽命跟兩個主要因素息息相關:

1. 燈絲在工作環境時的真空度。

2. 燈絲溫度。

在真空度差的環境或是高溫的情形下會導致燈絲使用壽命非常短暫。反之,在真空度很高的環境或是溫度低的情形下會延長燈絲壽命,但也會降低圖像的質量。因此,在最佳條件下運行燈絲是非常重要的。

SEM真空系統

根據不同的燈絲,SEM真空系統的設計也會有所不同。在鎢燈絲系統中,燈絲真空度受系統的運行狀態影響,例如:每次加載或卸載樣品時,空氣都會進入真空柱,從而影響離子源的壽命。當觀察不導電樣品時,需要在低真空環境下運行,也會縮短燈絲壽命。而對於Phenom的CeB6燈絲系統來說,內置渦輪分子泵,採用分級真空系統,通過壓差光闌使得真空柱的各部分具有不同的真空度,保證燈絲一直處於高度的真空狀態,這表示在低真空下加載和觀測樣品不會影響燈絲壽命。

圖2.真空度的截面圖與電子槍結構示意圖

SEM燈絲壽命的終止

如何得知燈絲已經到了壽命的盡頭呢?以鎢燈絲,你根本看不到任何跡象。這意味著燈絲在成像或分析過程中可能會破裂,這會帶來很多的不便。來自燈絲的碎片也可能污染真空柱的其他部分。除了更換燈絲外,您可能還需要清潔,甚至更換其他真空柱部件。

當然,您可以在結束壽命前更換燈絲,但是它沒有得到充分利用,因此需要更頻繁地更換。如果您有大量的SEM客戶,則不會總是能及時更換燈絲,除非整個團隊都接受過更換燈絲方面的培訓。但這也可能導致更換光源後出現對準錯誤。

CeB6燈絲在使用壽命結束前會有一個緩慢的性能退化過程。這意味著您會看到它的變化:CeB6燈絲不會突然中斷,因此可以安排時程更換。CeB6燈絲老化的跡象時機如當用戶需要獲得與平常一樣品質的圖像時,調高對比度和亮度或者需要使用更大的束斑。

燈絲的使用時間

鎢燈絲的平均壽命取決於它的使用情形,但一般來說大約為150小時。有一些技巧可以稍微延長源壽命。第一種是觀測完樣品後不要立刻卸載樣品,多等待五分鐘。這將使燈絲稍微冷卻下來,從而減少氧化。當然,這種技巧會因為多等待的時間而減少觀測樣品效率;另一種方式是使用低加速電壓、低束流成像,這會增加使用壽命,但會降低圖像品質,尤其是在低kV時。

CeB6燈絲的平均壽命約為2000小時。在使用壽命結束前,即使在裝卸許多樣品或在真空度較低的情況下使用時性能仍然非常好。

燈絲的維護

鎢燈絲可直接由客戶替換,這是必要的前提條件,因為燈絲更換的頻率很高,有時每週需要更換一次。拆卸、安裝和校正燈絲很容易的,只需要一點時間。而更換燈絲所需的時間取決於燈絲的狀態,如果舊的燈絲沒有破裂,那麼可能在20分鐘內重新啟動系統並重新運行。如果斷裂了,則需要進行更多清潔以保證相同的性能。

CeB6燈絲也可以由用戶替換,因為更換頻率低,一般來說2~3年才需要更換。因此,它不會像鎢燈絲是一種“常規”工作。建議的方法是安排訓練有素的服務工程師來協助更換燈絲,這也表示客戶不必庫存耗材。這就像更換車內的機油:您可以自己做,但是您更希望有一輛只需在車庫進行長期定期檢查時才需要更換機油的汽車。

SEM燈絲推薦

透過以上所有優點和缺點,我們可以得出結論,鎢燈絲和CeB6燈絲的每張圖片價格可能大致相同。但是,相對無憂、方便的使用和操作,以及每張圖片的質量,顯然,CeB6燈絲更好。

作者介紹:Karl Kersten

Karl Kersten是Thermo Scientific Phenom SEM電子顯微鏡應用團隊的負責人。 他對Phenom產品充滿熱情,致力於將客戶需求轉換為產品或軟體功能,使客戶實現其目標。

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