導入
電子銃は、陰極線管や電子顕微鏡などの機器の重要なコンポーネントの 1 つです。これらのデバイスには電子ビームが含まれており、電子銃はこのビームの電子源を構成します。
一般原則
走査電子顕微鏡の場合、電子銃はサンプルの表面を走査する電子ビームの源です。 SEM で得られる画像の品質と分析精度には、サンプル上の電子スポットが同時に細かく、強力で、安定していることが必要です。可能な限り小さなスポットで高い強度を得るには、「明るい」光源が必要です。強度は、光源からの放射も安定している場合にのみ安定します。
電子銃の原理は、電子を導電性材料(ほぼ無尽蔵) から真空中に抽出し、そこで電場によって加速することです。このようにして得られた電子ビームは電子カラムによって処理され、サンプル上で走査される微細なプローブに変換されます。
電子銃には、電子を抽出する原理に応じて 2 つの系統があります。
中間原理であるショットキー電界放出源もあり、これはますます使用されています。
これらの区別と動作モードに応じて、電子銃は異なる特性と特性を持ちます。それらを特徴付ける物理量があります。主なものは輝きであり、安定性だけでなく寿命も非常に重要です。エネルギー分散だけでなく、最大利用可能電流も考慮に入れることができます。
熱電子放出: タングステン フィラメントと LaB6 チップ
タングステンや六ホウ化ランタン(LaB 6 ) などの材料は、仕事関数、つまり陰極から電子を取り出すのに必要なエネルギーが低いため使用されます。実際には、このエネルギーは陰極を十分に高い温度に加熱することによって熱エネルギーの形で提供され、ある量の電子が固体内に保持するポテンシャル障壁を通過するのに十分なエネルギーを獲得します。この電位障壁を越えた電子は真空中に存在し、そこで電場によって加速されます。
実際には、ヘアピンのような形状のタングステン フィラメントを使用できます。これは、電球と同様に、ジュール効果によって加熱されます。したがって、フィラメントの温度は2200 ℃ 、通常は2700 ℃を超えます。
LaB 6カソードはより低い温度に加熱する必要がありますが、LaB 6 はフィラメントに形成できないため、カソードの製造技術は少し複雑になります。実際に、LaB 6の単結晶チップをカーボンフィラメントに取り付けます。六ホウ化ランタン結晶は、電子を放出できるように約1,500 °Cに加熱されます。このカソードには、タングステン フィラメントよりも高い真空 (10 -5と比較して 10 -6 ～ 10 -7 Torr程度) が必要です。六ホウ化セリウム(CeB 6 ) 正極は非常によく似た特性を持っています。
2,700 °Cの温度に加熱されたタングステン フィラメントの標準輝度は 10 6 A.cm -2 .sr -1で、寿命は 40 ～ 100時間です。仮想線源の直径は約 40μm です。
1,500 °Cの温度に加熱された LaB 6陰極は、500 ～ 1000 時間の寿命で 10 7 A.cm -2 .sr -1の典型的な輝度を持ちます。仮想線源の直径は 15μm 程度です。
