主题：【讨论】献上冷热场扫描电镜性能比较，欢迎补充

原文由 shamoxiongshi(shamoxiongshi) 发表:
冷热场扫描电镜性能比较
一．电子发射源                             
      热场在总发射电流（Total emissioncurrent）、最大探针电流（Maximum probecurrent）、电子束噪声（Beam noise）、发射电流漂移（Emissioncurrent drift）、工作真（Operatingvacuum）、阴极还原（Cathoderegeneration）、对外部影响的敏感性（Sensitivity to externalinfluence）等方面都具有绝对的优势。这些参数直接影响电镜的性能，这也是冷场发射所望尘莫及。
这些影响对于场发射主要表现的高分辨性能是无足轻重的，也可以说是无用的。而对于电镜来说分析手段除了能谱定性分析，其他的对于大多数用户来说都是摆设。而能谱定性分析随着能谱仪窗口面积的提高我一点也看不出冷、热场之间到底有什么差别！

      在阴极半径（Cathode radius）、有效电子源半径（Effective sourceradius）、发射电流密度（Emission currentdensity）、标准亮度（Normalisedbrightness）等方面，冷场发射略胜一筹。这几个参数总起来说就是冷场发射阴极的面积较小、能量集中，便于将电子束聚焦于一个很小的点，以提高分辨率。但是在现代的电镜技术条件下，热场发射电镜通过采取各种有效措施，也能够将电子束汇聚于一个理想的点，达到冷场发射电镜的分辨率水平。
这些都是场发射主要需要表现的东西，在这个方面冷场是先天的优势，而且很大。（有人不服的话可以发图片来比，我可以在任何时候、任何时间、任何地点和任何的热场进行现场比拼，有哪家愿意迎战？）。热场想要接近冷场的分辨能力水准先要将自己变成冷场，你们去看看那台高分辨的热场不是将自己的电子束流降到冷场水准才能实现所谓的高分辨。就是这样图片质量也是无法和冷场相提并论。

二．电镜性能
1.稳定性
      冷场发射电镜灯丝会吸附电子枪内的残留气体，随着时间的增长，发射电流越来越不稳定，需要定时（大约8小时一次）进行加热还原（flash，约需半小时），给使用维护带来不便。而热场发射电镜无此烦恼。
这个作者对冷场极其不了解。发射电流一般会在FLASH以后一两个小时内变化较大，但这个变化对观察和拍照影响不大，因为它们稳定的时间足够你拍照。而一两个小时以后就会比较稳定的变化了。8-10小时（看你对仪器维护，以及做样多寡）以后聚集在灯丝表面的气体的增多对引出的电子产生极大阻碍了，需要加一个瞬时电流来去除这些气体。这就是FLASH，而FLASH以后有段时间束流的稳定性和仪器的维护有关，说具体的就是电子枪部位的真空度有关，真空非常好这个稳定度就会高很多，基本不会出现灯丝噪音阶段。

发射电流稳定度较好，漂移小于0.5%/h（ZEISS电镜可达到0.2%/h），而冷场发射则比这要大一个数量级。
这个确确实实是热场得卖点。但是这个卖点只是对于能谱有标样定性分析才有用，试问一下有几个用户会用到能谱的有标样定量呢？

2.最大探针电流
      热场发射电镜探针电流一般可达10nA，而冷场电镜却要低约1个数量级。
这个对于WDS分析有用，有几个用户会用这个？

度
      热场发射电镜电子枪所需的工作真空度较低（≤1x10-8hPa），比较容易达到，一般只用一级离子泵就可以了。而冷场电镜的工作真空度要高2个数量级，一般要用两级离子泵，对真空密封等要求苛刻，娇气，难以维护。冷场发射电镜样品室的真空度要求也较高，这对于不太清洁、含水、含油、有气体析出的样品，抽真空就很困难。有多种型号的热场发射电镜具有低真空方式，而冷场电镜难以达到。

原文由 linzq(linzq) 发表:

原文由 shamoxiongshi(shamoxiongshi) 发表:
冷热场扫描电镜性能比较
一．电子发射源                             
      热场在总发射电流（Total emissioncurrent）、最大探针电流（Maximum probecurrent）、电子束噪声（Beam noise）、发射电流漂移（Emissioncurrent drift）、工作真（Operatingvacuum）、阴极还原（Cathoderegeneration）、对外部影响的敏感性（Sensitivity to externalinfluence）等方面都具有绝对的优势。这些参数直接影响电镜的性能，这也是冷场发射所望尘莫及。
这些影响对于场发射主要表现的高分辨性能是无足轻重的，也可以说是无用的。而对于电镜来说分析手段除了能谱定性分析，其他的对于大多数用户来说都是摆设。而能谱定性分析随着能谱仪窗口面积的提高我一点也看不出冷、热场之间到底有什么差别！

      在阴极半径（Cathode radius）、有效电子源半径（Effective sourceradius）、发射电流密度（Emission currentdensity）、标准亮度（Normalisedbrightness）等方面，冷场发射略胜一筹。这几个参数总起来说就是冷场发射阴极的面积较小、能量集中，便于将电子束聚焦于一个很小的点，以提高分辨率。但是在现代的电镜技术条件下，热场发射电镜通过采取各种有效措施，也能够将电子束汇聚于一个理想的点，达到冷场发射电镜的分辨率水平。
这些都是场发射主要需要表现的东西，在这个方面冷场是先天的优势，而且很大。（有人不服的话可以发图片来比，我可以在任何时候、任何时间、任何地点和任何的热场进行现场比拼，有哪家愿意迎战？）。热场想要接近冷场的分辨能力水准先要将自己变成冷场，你们去看看那台高分辨的热场不是将自己的电子束流降到冷场水准才能实现所谓的高分辨。就是这样图片质量也是无法和冷场相提并论。

二．电镜性能
1.稳定性
      冷场发射电镜灯丝会吸附电子枪内的残留气体，随着时间的增长，发射电流越来越不稳定，需要定时（大约8小时一次）进行加热还原（flash，约需半小时），给使用维护带来不便。而热场发射电镜无此烦恼。
这个作者对冷场极其不了解。发射电流一般会在FLASH以后一两个小时内变化较大，但这个变化对观察和拍照影响不大，因为它们稳定的时间足够你拍照。而一两个小时以后就会比较稳定的变化了。8-10小时（看你对仪器维护，以及做样多寡）以后聚集在灯丝表面的气体的增多对引出的电子产生极大阻碍了，需要加一个瞬时电流来去除这些气体。这就是FLASH，而FLASH以后有段时间束流的稳定性和仪器的维护有关，说具体的就是电子枪部位的真空度有关，真空非常好这个稳定度就会高很多，基本不会出现灯丝噪音阶段。

发射电流稳定度较好，漂移小于0.5%/h（ZEISS电镜可达到0.2%/h），而冷场发射则比这要大一个数量级。
这个确确实实是热场得卖点。但是这个卖点只是对于能谱有标样定性分析才有用，试问一下有几个用户会用到能谱的有标样定量呢？

2.最大探针电流
      热场发射电镜探针电流一般可达10nA，而冷场电镜却要低约1个数量级。
这个对于WDS分析有用，有几个用户会用这个？

度
      热场发射电镜电子枪所需的工作真空度较低（≤1x10-8hPa），比较容易达到，一般只用一级离子泵就可以了。而冷场电镜的工作真空度要高2个数量级，一般要用两级离子泵，对真空密封等要求苛刻，娇气，难以维护。冷场发射电镜样品室的真空度要求也较高，这对于不太清洁、含水、含油、有气体析出的样品，抽真空就很困难。有多种型号的热场发射电镜具有低真空方式，而冷场电镜难以达到。

真空度对仪器的分辨能力有很大的影响，这也是热场分辨能力不行的原因。你去看看两个M热场，真空度还低吗？

热场还有最大的让人诟病的就是后期费用。按科大和固体所的经历是一年半不到一根灯丝，约10万人民币的花费（还是灯丝回收价，灯丝回收去干吗？你们换的灯丝是不是二手灯丝？）带来的结果是仪器性能的下降。所以热场是一个除了贵就没有优点的东西。分辨能力做不过冷场而分析能力说严谨点还是需要电子探针来做，它是一个十三不靠的东西呀

原文由 linzq(linzq) 发表:

原文由 shamoxiongshi(shamoxiongshi) 发表:
冷热场扫描电镜性能比较
一．电子发射源                             
      热场在总发射电流（Total emissioncurrent）、最大探针电流（Maximum probecurrent）、电子束噪声（Beam noise）、发射电流漂移（Emissioncurrent drift）、工作真（Operatingvacuum）、阴极还原（Cathoderegeneration）、对外部影响的敏感性（Sensitivity to externalinfluence）等方面都具有绝对的优势。这些参数直接影响电镜的性能，这也是冷场发射所望尘莫及。
这些影响对于场发射主要表现的高分辨性能是无足轻重的，也可以说是无用的。而对于电镜来说分析手段除了能谱定性分析，其他的对于大多数用户来说都是摆设。而能谱定性分析随着能谱仪窗口面积的提高我一点也看不出冷、热场之间到底有什么差别！


扫描电镜分析的准确关键因素即是电子束流的稳定性，这点很多用户往往容易被忽略，而电镜厂家的销售人员也很少提及，如果电子束流不稳定我们可以相像那会给我们的分析带来多大的影响。因此它的质量的好坏才是决定一台电镜质量好坏的最主要因素。同时能谱仪等相关附件设备，即便是技术上有所改进（能谱的窗口在不断增大）也无外乎是减少接收的时间增加工作效率，而分析的精度的提高必须是在扫描电镜的探针电流稳定的前题下完成的。就好比汽车如果发动机做的不好，你能指望把轮胎质量提高而提高车的性能吗？


      在阴极半径（Cathode radius）、有效电子源半径（Effective sourceradius）、发射电流密度（Emission currentdensity）、标准亮度（Normalisedbrightness）等方面，冷场发射略胜一筹。这几个参数总起来说就是冷场发射阴极的面积较小、能量集中，便于将电子束聚焦于一个很小的点，以提高分辨率。但是在现代的电镜技术条件下，热场发射电镜通过采取各种有效措施，也能够将电子束汇聚于一个理想的点，达到冷场发射电镜的分辨率水平。
这些都是场发射主要需要表现的东西，在这个方面冷场是先天的优势，而且很大。（有人不服的话可以发图片来比，我可以在任何时候、任何时间、任何地点和任何的热场进行现场比拼，有哪家愿意迎战？）。热场想要接近冷场的分辨能力水准先要将自己变成冷场，你们去看看那台高分辨的热场不是将自己的电子束流降到冷场水准才能实现所谓的高分辨。就是这样图片质量也是无法和冷场相提并论。


分辨率的大小主要取决于电子束的直径，这点毋庸置疑，想要到达足够高的分辨率，就必须要把电子束聚焦到足够小，这于是否是冷热场没什么关系。冷场发射能够提高更小的电子束流这点也是不争的事实，但探针流过小也会导致激发深度不足，因此这就是为什么冷场发射扫描电镜仅能做能谱分析而不能做波谱和EBSD分析的原因。


二．电镜性能
1.稳定性
      冷场发射电镜灯丝会吸附电子枪内的残留气体，随着时间的增长，发射电流越来越不稳定，需要定时（大约8小时一次）进行加热还原（flash，约需半小时），给使用维护带来不便。而热场发射电镜无此烦恼。
这个作者对冷场极其不了解。发射电流一般会在FLASH以后一两个小时内变化较大，但这个变化对观察和拍照影响不大，因为它们稳定的时间足够你拍照。而一两个小时以后就会比较稳定的变化了。8-10小时（看你对仪器维护，以及做样多寡）以后聚集在灯丝表面的气体的增多对引出的电子产生极大阻碍了，需要加一个瞬时电流来去除这些气体。这就是FLASH，而FLASH以后有段时间束流的稳定性和仪器的维护有关，说具体的就是电子枪部位的真空度有关，真空非常好这个稳定度就会高很多，基本不会出现灯丝噪音阶段。



冷场需要做flash说明冷场对于真空度的要求极高，主要还是冷场的电子束直径下，探针电流过小造成的，也即是说冷场的优势在某些时候也会变成弱式。也因此冷场扫描电镜的放大倍数就不能做的很小，冷场扫描电镜的景深与热场相比很有较大的差距，因此对于表面较粗糙的样本在相同分辨率下，冷场就没有什么优势了。

发射电流稳定度较好，漂移小于0.5%/h（ZEISS电镜可达到0.2%/h），而冷场发射则比这要大一个数量级。
这个确确实实是热场得卖点。但是这个卖点只是对于能谱有标样定性分析才有用，试问一下有几个用户会用到能谱的有标样定量呢？

这个不应该看做是产品的一个卖点，而应该成为衡量一台扫描电镜好坏的核心参数之一。只有电子束流足够稳定我们才能保证在做重复分析的精度，同时也保证了做其他扩展分析功能（能谱、波谱、EBSD等）的高精度。

2.最大探针电流
      热场发射电镜探针电流一般可达10nA，而冷场电镜却要低约1个数量级。
这个对于WDS分析有用，有几个用户会用这个？


应该是很多用户都应该关注这个，因为我们在分析样品的表面结构千变万化，不同的样品需要不同的参数方能观察得到我们想要的结果，你不能指望所有的用户都用最高分辨率去分析样品，恰恰是我们都很少用最大放大倍数和分辨率去分析我们的样品，并且大的探针电流也是扫描电镜的发展趋势，如若不然，日系的厂家为什么在冷场具有如此优势的情况下还要花大力气去研发热场扫描电镜呢。

度
      热场发射电镜电子枪所需的工作真空度较低（≤1x10-8hPa），比较容易达到，一般只用一级离子泵就可以了。而冷场电镜的工作真空度要高2个数量级，一般要用两级离子泵，对真空密封等要求苛刻，娇气，难以维护。冷场发射电镜样品室的真空度要求也较高，这对于不太清洁、含水、含油、有气体析出的样品，抽真空就很困难。有多种型号的热场发射电镜具有低真空方式，而冷场电镜难以达到。

真空度对仪器的分辨能力有很大的影响，这也是热场分辨能力不行的原因。你去看看两个M热场，真空度还低吗？

热场还有最大的让人诟病的就是后期费用。按科大和固体所的经历是一年半不到一根灯丝，约10万人民币的花费（还是灯丝回收价，灯丝回收去干吗？你们换的灯丝是不是二手灯丝？）有污蔑厂家之嫌 带来的结果是仪器性能的下降。所以热场是一个除了贵就没有优点的东西。分辨能力做不过冷场而分析能力说严谨点还是需要电子探针来做，它是一个十三不靠的东西呀


热场的灯丝的价格确实是比冷场的要贵一些，但冷场的灯丝使用寿命3年左右（理论值），热场发射灯丝使用寿命在5-10年（理论值），同时一般热场灯丝的价格大概是冷场价格的3-4倍左右。

实际上到底是冷场好还是热场好根本就无需讨论，大家之需要根据自己的科研要求冷静选择就可以了，如果你没多少资金，只关注样品表面的形貌，你就采购冷场。如果你想多做些扩展性分析就选择热场。现在销售热场的场商比冷场的多，竞争也足够充分，相信大家一定都能买到好产品。

原文由 lauren001(lauren001) 发表:
热场还有最大的让人诟病的就是后期费用。按科大和固体所的经历是一年半不到一根灯丝，约10万人民币的花费（还是灯丝回收价，灯丝回收去干吗？你们换的灯丝是不是二手灯丝？）有污蔑厂家之嫌 带来的结果是仪器性能的下降。所以热场是一个除了贵就没有优点的东西。分辨能力做不过冷场而分析能力说严谨点还是需要电子探针来做，它是一个十三不靠的东西呀


热场的灯丝的价格确实是比冷场的要贵一些，但冷场的灯丝使用寿命3年左右（理论值），热场发射灯丝使用寿命在5-10年（理论值），同时一般热场灯丝的价格大概是冷场价格的3-4倍左右。

实际上到底是冷场好还是热场好根本就无需讨论，大家之需要根据自己的科研要求冷静选择就可以了，如果你没多少资金，只关注样品表面的形貌，你就采购冷场。如果你想多做些扩展性分析就选择热场。现在销售热场的场商比冷场的多，竞争也足够充分，相信大家一定都能买到好产品。

原文由 驰奔(srd2009) 发表:
请问热场枪和肖特基电子枪差别，楼主您这是否有正解？

还有Linzq老师是否可从日立超高分辨热场角度阐述一下冷热场的差异。我想日立的冷热场定位应该是非常明确的，不应该左右手互博吧！
我相信真理总是掌握在少数人手里，大多数客户需要教育，但教育的基础不应该是封建迷信，科学和自由我想是当代中国主旋律。

原文由 驰奔(srd2009) 发表:
请问热场枪和肖特基电子枪差别，楼主您这是否有正解？

还有Linzq老师是否可从日立超高分辨热场角度阐述一下冷热场的差异。我想日立的冷热场定位应该是非常明确的，不应该左右手互博吧！

我相信真理总是掌握在少数人手里，大多数客户需要教育，但教育的基础不应该是封建迷信，科学和自由我想是当代中国主旋律。

原文由 atlas(atlas) 发表:
热场的灯丝的价格确实是比冷场的要贵一些，但冷场的灯丝使用寿命3年左右（理论值），热场发射灯丝使用寿命在5-10年（理论值）？？？？？