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钨灯丝扫描电镜的“王者”是怎么诞生的?

发布时间:2022-12-12      点击次数:315

钨灯丝扫描电镜

性价比高、易于维护、操作相对简单、对场地要求较小

便于大众使用

但长期以来

钨灯丝扫描电镜的分辨率都停滞不前

难以实现用户对更高分辨率的追求

国仪量子于近日推出的钨灯丝扫描电镜SEM3300

 
 
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SEM3300
实拍见真章

下面三张图是不同电压下标准金颗粒的实拍图,每个颗粒大小在300 nm左右,边缘锐利、细节丰富、高低分明。

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使用SEM3300拍摄的不同电压下标准金颗粒的图像

 

众所周知,锂电池中的隔膜材料导电性差、孔隙微小,必须用低电压高分辨的场发射电镜才能拍到较好的图像。

图a是常规钨灯丝电镜的拍摄效果,细节模糊不清晰。SEM3300在这一难题面前,毫不费力地完成任务,1 kV下隔膜孔隙清晰可见,孔洞边缘锐利,足以胜任隔膜检测(图b)。

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图a:常规钨灯丝电镜拍摄的锂电池隔膜,细节模糊不清晰

 

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图b:SEM3300拍摄的锂电池隔膜,隔膜孔隙清晰可见,孔洞边缘锐利

 

SEM3300
国仪量子如何重新定义钨灯丝扫描电镜?

国仪量子电镜研发团队分析了限制钨灯丝电镜分辨率的主要因素:

  • 钨灯丝发射结构为阴极、栅极、阳极的3电极结构,在加速电压较低时,灯丝亮度将受空间电荷效应和电子源像差等因素的影响而大幅降低。

  • 在低着陆能量下,能散带来的色差和衍射像差都很大,导致束斑偏大。

  • 为了保证侧向二次电子探测器的收集效率,工作距离比较大,物镜放大倍数不够大。

针对以上问题,国仪量子在镜筒内增加了一根从阳极直达物镜极靴的10 kV高压管,我们形象地称之为高压隧道。

这里以1 kV着陆能量为例进行分析:

在高压隧道的上端:阴极与阳极之间形成11 kV的强电场,灯丝表面场强极高,大量热电子克服空间电荷效应对束流亮度的限制,显著地提高了束流亮度。

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在高压隧道的另一端:管口与物镜下极靴形成一个10 kV的减速场电透镜,该电透镜与磁透镜形成复合物镜,从而有效降低该复合物镜球差系数和色差系数。

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此外,镜筒内的电子探测器可以在极短的工作距离下,收集大部分被加速的二次电子,具有高达90%的收集效率,相比传统钨灯丝的旁侧ET探测器信号强度高出数倍。

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综合以上所有创新举措,SEM3300最终在全电压范围内打破了数十年来钨灯丝极限分辨率的天花板,重新定义钨灯丝扫描电镜。

 

 

 

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