Типы катодов, используемые в растровой электронной микроскопии. Их сравнительные преимущества и недостатки.

Конструкции источников электронов для РЭМ: Термоэлектронный катод, Автоэмиссионный катод

Электронная пушка состоит из катода , цилиндра Венельта и анода. Обычно в качестве катода используется вольфрамовая V-образная проволока, согнутая под углом. При нагреве катода прямым пропусканием тока происходит термоэмиссия электронов. Электроны ускоряются напряжением, приложенным между катодом и анодом, которое можно изменять от 1 до 50 кВ.

Рабочая температура вольфрамовых катодов 2100–2300 °С, что соответствует накалу до светло-желтого или белого цвета. Долговечность этих катодов определяется ослаблением эмиссии из-за уменьшения толщины катода вследствие распыления вольфрама.

Достоинство вольфрамового катода – устойчивость эмиссии. После временного перекала она не уменьшается. Основнойнедостаток вольфрамового катода – низкая эффективность (единицы миллиампер на ватт). Вследствие высокой температуры интенсивно испускаются тепловые и световые лучи, на что бесполезно расходуется почти вся мощность накала.

Электронные пушки с катодами из острозаточенных стержней гексаборида лантана, окруженных нагревательной спиралью, и автоэмиссионные пушки с холодным катодом имеют большую яркость и меньший эффективный размер катода, однако стабильность получаемого пучка обеспечивается только при высоком и сверхвысоком вакууме.

Эмиттированные катодом электроны ускоряются и формируются в пучок, проходящий через диафрагму, конденсорные линзы и объективную линзу, которые существенно уменьшают изображение источника электронов, фокусируя его на поверхность образца.

Предельные возможности растровой электронной микроскопии при измерении линейных размеров нанообъектов.

Выделяют следующие преимущества РЭМ, определяющие стремительное развитие растровой электронной микроскопии:

• высокая разрешающая способность;

• большая глубина фокуса в сочетании с наглядностью изображения, дающая возможность исследовать объектыс ярко выраженным рельефом поверхности;

• простота подготовки объектов исследования, обеспечивающая высокую производительность РЭМ и исключающая артефакты;

• простота изменения увеличений от малых до больших крат, гарантирующая высокую прицельность исследования на РЭМ;

• возможность проведения рентгеноспектрального и катодолюминесцентного анализов, электронной спектрометрии, изучения магнитных и электрических микрополей,

дифракционных эффектов и т.д.;

• возможность проведения исследований в статическом и динамическом режимах,

позволяющая успешно изучать непосредственно в РЭМ процессы, протекающие при механическом нагружении материалов, нагреве, охлаждении, воздействии средыи т.д.;

• электронно-зондовая система и принцип формирования изображения, позволяющие использовать ЭВМ для автоматизации количественного анализа изображения и обработки результатов измерений.

К недостаткам РЭМ относят высокую стоимость, невозможность выявления структуры внутри образца, отсутствие цветного изображения, необходимость помещения

образца в вакуум, радиационные повреждения некоторых материалов в процессе исследования, затруднения при изучении диэлектриков.