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臺(tái)式掃描電鏡:為什么選擇CeB6燈絲

如果你正在調(diào)研掃描電鏡（SEM），你可能已經(jīng)知道，燈絲是電鏡中最重要的部分之一。在這篇博客，我們將仔細(xì)討論鎢燈絲和CeB6燈絲。

如何選擇掃描電鏡燈絲？

對(duì)于不同的燈絲，就性能而言，場(chǎng)發(fā)射（FEG）掃描電鏡圖像的分辨率是最高的。但是就電鏡的日常使用而言，最重要的一點(diǎn)還是以低成本獲得高質(zhì)量的圖像，這樣一來(lái)場(chǎng)發(fā)射電子槍就不再那么吸引人了，因?yàn)樗蟮恼婵斩群芨撸枰粋€(gè)高價(jià)的真空設(shè)計(jì)。電子槍的成本效率是相對(duì)于它的使用壽命和日常維護(hù)而言的。這就是為什么經(jīng)常看到鎢燈絲和CeB6燈絲出現(xiàn)在（臺(tái)式）SEM供應(yīng)商的配置清單中。

• 燈絲是一種耗材

通常情況下，我們都希望燈絲使用壽命能夠貫穿SEM的整個(gè)生命周期，可能需要10年甚至10年以上。不幸的是，燈絲是消耗品，不可避免地會(huì)“磨損"。燈絲的壽命取決于兩個(gè)主要因素：1）運(yùn)行的真空度，2）燈絲溫度。低真空度和溫度過(guò)高都會(huì)導(dǎo)致燈絲壽命減短。而高真空度，低溫可以延長(zhǎng)燈絲的壽命，但也會(huì)降低圖像質(zhì)量。因此，在較優(yōu)條件下運(yùn)行燈絲很重要。

• 掃描電鏡真空系統(tǒng)

不同的燈絲，掃描電鏡真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有所不同。在鎢燈絲系統(tǒng)中，燈絲的真空度受到運(yùn)行狀態(tài)影響。例如，每次加載或卸載樣品時(shí)，都會(huì)有空氣進(jìn)入真空柱，影響燈絲的使用壽命。觀察不導(dǎo)電樣品時(shí)，通常需要低真空，也會(huì)縮短燈絲壽命。對(duì)于CeB6系統(tǒng)，比如飛納電鏡，內(nèi)置渦輪分子泵，采用分級(jí)真空系統(tǒng)，通過(guò)壓差光闌使得真空柱的各部分具有不同的真空度，保證燈絲時(shí)刻處于高真空的狀態(tài)下。這意味著，在低真空環(huán)境下加載和觀測(cè)樣品不會(huì)影響燈絲壽命。

• 掃描電鏡燈絲壽命的終結(jié)

  如何判斷燈絲壽命的盡頭？對(duì)于鎢燈絲，你根本看不到它的到來(lái)。這意味著燈絲可能在成像或分析過(guò)程斷裂，這會(huì)帶來(lái)很多不便。來(lái)自燈絲的碎片也可能污染真空柱的其他部件，這不僅需要換燈絲，還要清理、甚至更換其他部件，如韋氏帽。

  當(dāng)然，可以在使用壽命結(jié)束前更換燈絲，但它沒(méi)有得到充分利用，因此需要頻繁地更換。如果您有大量的SEM用戶，您不可能總有機(jī)會(huì)及時(shí)更換燈絲——除非整個(gè)團(tuán)隊(duì)都接受了更換燈絲的培訓(xùn)。而且更換燈絲后常常會(huì)引起燈絲不居中。

  CeB6燈絲在壽命的盡頭將會(huì)有一個(gè)緩慢的性能退化過(guò)程。這意味著您將看到它的到來(lái)，CeB6燈絲不會(huì)突然中斷，因此可以有計(jì)劃地安排更換。我們是可以看到CeB6燈絲老化的跡象的，如為了獲得與平時(shí)同樣質(zhì)量的圖片時(shí)，用戶需要將對(duì)比度和亮度調(diào)得更大，或者使用更大的束斑。

• 燈絲：使用壽命

鎢燈絲的平均壽命取決于它的使用，大約是150小時(shí)。有一些技巧可以延長(zhǎng)燈絲的使用壽命。一種是當(dāng)測(cè)完樣品后，不要急著卸載樣品，可以先等5分鐘。這使燈絲冷卻一點(diǎn)，減少氧化。當(dāng)然，這個(gè)小技巧會(huì)降低測(cè)樣效率，因?yàn)樾枰嗟?分鐘。

另一種選擇是使用低加速電壓、低束流成像，這可以增加燈絲壽命，但往往會(huì)降低降低圖片質(zhì)量，特別是低加速電壓下成像。

CeB6燈絲的平均壽命大約為2000小時(shí)。在它的使用壽命中，即使加載和卸載許多樣品，或者使用低真空成像，性能依舊保持良好。

• 燈絲：維護(hù)

一般用戶可以更換鎢燈絲，這是一個(gè)必要的先決條件，因?yàn)楦鼡Q燈絲的頻率很高，有時(shí)候一周一次。摘除、安裝和校準(zhǔn)燈絲是很容易的，它只是需要時(shí)間。更換燈絲所需的時(shí)間取決于舊燈絲的狀態(tài)。如果舊燈絲沒(méi)有斷裂，那么您將可能在20分鐘內(nèi)啟動(dòng)系統(tǒng)并再次運(yùn)行。如果真的斷裂了，就需要更多的時(shí)間來(lái)清理韋氏帽等其他部件，以保證同樣的性能。

CeB6燈絲也可以被用戶更換。但是更換的頻率比較低，一般2-3年才更換一次。因此，這不像鎢燈絲是一個(gè)“常規(guī)"的工作。更好的方法是計(jì)劃更換，并由售后工程師完成。這意味著用戶不用進(jìn)行庫(kù)存。就像在你的車(chē)更換機(jī)油：你可以自己做，但你更喜歡一輛在車(chē)庫(kù)里進(jìn)行定期檢查時(shí)才需要更換機(jī)油的汽車(chē)。

通過(guò)考慮以上所有的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我們可以得出結(jié)論，對(duì)于鎢燈絲和CeB6燈絲來(lái)說(shuō)，拍出每張圖片的成本可能是差不多的。然而，考慮到無(wú)憂的、方便的使用和操作，以及每一張圖片的質(zhì)量，顯然，CeB6燈絲更好。