Пушка с полевой эмиссией

Электроны в металлах проходят через потенциальный барьер вследствие эффекта туннелирования и затем могут эмиттироваться с поверхности металлов, поскольку, когда к поверхности металла прикладывается сильное электрическое поле, происходит уменьшение высоты потенциального барьера на границе металл-вакуум. Это явление называется полевой эмиссией. Катод в этом случае изготавливается в форме острия с радиусом кривизны на его конце 0,1 мкм, что необходимо для локализации электрического поля. Яркость пушки с полевой электронной эмиссией в 100 раз больше яркости эмиссии обычной термоэлектронной пушки, выполненной на основе виде монокристалла гексаборида лантана. Кроме того, такая пушка обеспечивает получение кроссовера с предельно малой площадью. Благодаря вышеуказанным характеристикам, достаточно легко получить электронный зонд чрезвычайно малого диаметра с высокой яркостью, поэтому пушки с полевой эмиссией в настоящее время широко применяются в аналитической электронной микроскопии.

Холодноэмиссионная полевая электронная пушка.В холодноэмиссионной полевой электронной пушке в качестве эмиттера используется монокристалл вольфрама, в котором эмиттером служит поверхность кристаллографической ориентации (310). Эмиттер работает при комнатной температуре без нагрева, что обеспечивет энергетический разброс электронов не превышающий 0,3—0,5 эВ. С другой стороны в отсутствии нагрева на поверхности эмиттера со временем возникает загрязнение в виде осевших молекул остаточного газа. Данный адсорбат приводит к шуму и нестабильности тока эмиссии, который, кроме того, постепенно уменьшается с увеличением слоя загрязнения. Для очистки катода от загрязнения применяется, так называемая, процедура вспышки.

Термополевая электронная пушка. При нагреве эмиттера в сильном электрическом поле до температуры меньшей, чем температура термоэлектронной эмиссии, составляющей около (1800К), электроны эмитируются таким образом, что они проходят через потенциальный барьер, уменьшающийся под влиянием электронного поля. Это явление называется эффектом Шотки. По сравнению с холодноэмиссионной у этой пушки имеется сравнительно больший разброс по энергии (0,6—0,8 эВ) вследствие подогрева эмиттера. С другой стороны, такая пушка обеспечивает меньший шум и большую стабильность тока эмиссии без необходимости применения дополнительных процедур (таких, как отжиг вспышкой), поскольку на эмиттере не образуется загрязнений в виде адсорбата. На рис. 1.5 показана электрическая схема подключения термополевой электронной пушки и ее источника питания.