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我来插一脚,哈。
很欢迎呀,越多人的参与就越像沙龙。这对大家的提高是一件好事
场发射电子枪有三种基本类型,冷场发射,肖特基发射以及热场发射。由于历史原因,场发射物理学中有很多名词界限划分不清晰。很多早期所说的场发射现象其实就是在室温下发生的冷场发射。通过施加引出电压,电子从电子枪的某个晶面逸出。如果在施加电场的同时把灯丝加热,逸出的电子会增多,这就是热场发射,或者叫热增强场发射。
是不是可以将肖特基发射归类于热增强场发射?也就是热发射和场发射的复合体
如果加热温度太高,电子的逸出主要依赖热运动能量增加,和外电场关系不大,此时场发射没太大意义,电子枪和普通钨丝电子枪差不多。在热场发射枪的表面沉积一层改性物质(比如常用的是ZnO)来改变晶体表面势垒。使用沉积物的好处比较多,可以在温度不太高的情况下减小电子逸出功,使电子发射更容易,并且可以增加发射的稳定性。
有几点需要特别注意:1. 在电镜行业所说的热场发射电子枪其实是肖特基发射电子枪,没有人用纯粹的热场发射当作电子源,
照上面的定义纯粹的热场发射应该是不存在的吧 ,要是存在又是如何定义的呢?
不好用。2. 基本原理就是这样,但是工业应用会有很多变数。灯丝温度,引出电压等等都是可调的。不同的厂商会有不同的设计,这就造成各品牌电子枪的实际表现出现很多差异,不容易直接做比较。3. 无论透射电镜还是扫描电镜,本楼及下一楼的内容都是相通的。
这张图是三种场发射电子枪电子能量分布的一个比较。
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偏压是热发射灯丝的特征,场发射枪不用这种设计。偏压有两个作用,一是稳定发射电流,二是对电子做第一次聚焦。对于“电子枪亮度是一个恒定值”的说法我不能理解。电子枪是个体系,而不单单是那块钨单晶。这个体系有多个变量,不同的变量组合可以产生不同
的电子枪亮度。偏压可以影响电子枪亮度。这是因为栅极偏压要对灯丝发射出的电子聚焦并且会滤掉一部分电子,这进而影响虚拟光源处的束流密度和张角,因而影响亮度。常见的亮度计算公式里看不到偏压的影响,因为这些公式中的各个参量要么是样品处的数值,要么是虚拟光源处的数值,实际上已经把偏压的影响折合进去了。偏压对亮度的影响是个复杂的关系,要兼顾总电流强度和电子束张角得到一个最优值。下面的图把这些关系解释得很好。
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对于这些概念,我认为应该抛弃“纯粹”这样的想法。我们思维经常习惯于用这样的归类方式,但实际上有时候这种做法行不通,或者意义不大。最初研究场发射现象的时候实验条件或许跟冷场发射更接近,但是后来有出现了很多不同的分支,这些都是外场作用下电子逸出的现象,应该都算作场发射的范畴。就好象当初人们在金属材料里研究这个,现在也有很多人在氧化物或非金属单质材料里研究这个一样。这里是个很好的介绍,http://en.wikipedia.org/wiki/Field_electron_emission
肖特基场发射和热增强场发射不同,区别就在于那个沉积层。这个沉积层还是很重要的,从21楼的图中能看出它对发射特性有很大的影响,所以还是应该明确划分开以示区分。就好象我们有必要区分冷场发射和热增强场发射一样。
热增强场发射是存在的,只是在电镜行业不怎么用。其它行业的情况我不了解。至少实验室里实现这个没有问题。21楼第二个图就是实例。
热发射和场发射混合不是热场发射,而是热增强场发射。肖特基模式是热增强场发射又加上涂层
这个涂层就是氧化锆?
的作用。但其实际工作参数未必和热增强场发射都一样。
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我不知道这个定律,简单搜索也没找到。这个名字翻译得可能有点问题。电子枪亮度随加速电压提高而增加是个基本规律,我想那个刘维尔定律使用的时候可能是要满足一些特殊条件的。