场致电子发射的几种简单模型

场发射扫描电子显微镜S-4800操作规程

场发射扫描电子显微镜（S-4800）操作规程开机 1. 检查真空、循环水状态。 2. 开启“Display”电源。 3. 根据提示输入用户名和密码，启动电镜程序。样品放置、撤出、交换 1. 严格按照高度规定高样品台，制样，固定。 2. 按交换舱上“Air”键放气，蜂鸣器响后将样品台放入，旋转样品杆至“Lock”位，合上交换舱，按“Evac”键抽气，蜂鸣器响后按“Open”键打开样品舱门，推入样品台，旋转样品杆至“Unlock”位后抽出，按“Close”键。观察与拍照 1. 根据样品特性与观察要求，在操作面板上选择合适的加速电压与束流，按“On”键加高压。 2. 用滚轮将样品台定位至观察点，拧Z轴旋钮（3轴马达台）。 3. 选择合适的放大倍数，点击“Align”键，调节旋钮盘，逐步调整电子束位置、物镜光阑对中、消像散基准。 4. 在“TV”或“Fast”扫描模式下定位观察区域，在“Red”扫描模式下聚焦、消像散，在“Slow”或“Cssc”扫描模式下拍照。 5. 选择合适的图像大小与拍摄方法，按“Capture”拍照。

6. 根据要求选择照片注释内容，保存照片。关机 1. 将样品台高度调回80mm。 2. 按“Home”键使样品台回到初始状态。 3. “Home”指示灯停止闪烁后，撤出样品台，合上样品舱。 4. 退出程序，关闭“Display”电源。注意 1. 每天第一次加高压后，进行灯丝Flashing去除污染。 2. 冷场发射电镜一般不断电，如遇特殊情况需要大关机时，依次关闭主机正面的“Stage”电源、“Evac”电源，半小时后关闭离子泵开关和显示单元背面的三个空气开关，关闭循环水。开机时顺序相反。 3. 每半个月旋开空压机底阀放水一次。 4. 待测样品需烘干处理，不能带有强磁性，不能采用铁磁性材料做衬底制样。 5．实验室温度限定在25±5℃，相对湿度小于70% 。仪器维护 1. 每月进行电镜离子泵及灯丝镜筒烘烤。 2. 每半年进行一次机械泵油维护或更新。 3. 每年进行一次冷却水补充，平时每月检查一次水位。

场致发射显微镜(FEM)

场致发射显微镜（FEM）一场致发射研究的历史回顾场致发射发现于1897年。1992 年LIlienfeld用尖端阴极作x 射线管的电子源。1828年弥勒和诺德海姆用波动力学解释场致发射, 为场致发射理论奠定了基础。1940 年电子显微镜发明之后, 弥勒--诺德海姆场致发射公式才得到准确的实验。证1937年Muller 引进场致发射显微镜的概念, 用它观察尖端的场发射图像, 可以了解晶体排列,研究外来原子在金属表面的吸附和解吸, 以及吸附原子在金属表面的迁移等现象。1941年Muller 又发现吸附原子在强负电场作用下的解吸现象, 这导致1951年设计出场离子显微镜。1967 年场离子显微镜发展到原子探针的阶段, 用它可以检查场离子图上任意一点的质谱性质。在四十年代末期, 为了给积极发展的微波管提供有效的电子发射源, 开始了对场发射阴极的系统研究, 包括对极限电流密度、场发射电流稳定性、“热”场致发射等的研究。五十年代由于超高真空技术的发展, 在Dyke及其同事的努力下, 稳定的场致发射已经基本上可以实现。他们采用多尖端阴极, 并将它首先应用于脉冲（闪光）x光管中，以后发展为商用的场发射x光管（Fexirton）和场发射电子注管（Febetron）。在六十年代初期, 有人提出用大功率电子注来加热原子核使之达到产生热核聚变的温度, 因此开始建立了许多大功率脉冲电子注

加速器。这种加速器在几百千伏到10兆伏的脉冲加速电压下, 从尖端或刀口阴极发射104A—106A 的电流, 电子注的脉冲功率达1014—1013W。这种电子注称为相对论性强流电子注, 除了可以产生高强度闪光x射线外, 还可以产生大功率激光、大功率激波、毫米波、亚毫米波, 模拟辐射效应, 还可能用于等离子体加热、约束等离子体、电子注聚变等方面。这时阴极发射的机理和一般场发射不同, 称等离子体场发射, 苏联称之为爆发电子发射。随着六十年代末期扫描电子显微镜和表面物理分析仪器的蓬勃发展, 要求有高亮度，细小直径的电子束。尖端场发射阴极接近一个点源, 电流密度大, 电子初速零散小, 容易聚焦成细束, 逐渐应用于上述仪器的电子枪中。 70年代末,Gomer利用探孔FE从创立了“涨落法”.使FEM在研究表面物理领域中成为重要的研究手段之一。二场发射显微镜（FEM）原理图1 是场发射显微镜的结构原理图，泡中尖端状的样品被固定在加热丝上，位于球形玻壳的中心，作为场电子发射阴极，表示为K。玻壳窗口的内壁先蒸涂上一层透明的导电层（通常为二氧化锡），然后涂敷上荧光粉，制成高发光效率的荧光屏S。导电层与电极A相连接，作为阳极。在电极A与K之间加正电压。若阴极尖端表面是球形，从阴极表面不同位置场致发射的电子将沿着同心球的半径方向运动，最后打在荧光屏上。这样，在荧光屏上就显示出来阴极（样品）

电子发射与光电阴极(DOC)

电子发射与光电阴极机电工程学院李飙引言电子发射主要研究电子如何从固体中逸出进入真空的规律。如何从固体里获得大量电子，使它们存在于真空中，形成较理想的电子源，更有利于人类进行科研和实践生产（例如有了理想电子源，才能研制和生产出各类电真空器件，各类电子显微镜和电子谱仪等），是学习和研究电子发射的目的。固体里虽含有大量电子，但这些电子在常态下所具有的能量是不足以逸出物体的，要使它们释放出来，必须给予激励，赋予额外能量，或设法消除阻碍它们逸出的力作用。目前，利用外界能量可有效激发固体的电子使其发射的主要方式有： 1、加热固体使其产生热电子发射。把物体加热到足够高的温度，物体内的电子能量也必将随着温度的升高而增大，其中获得能量较多的那一部分电子就有可能克服抑制它们逸出的障碍由体内进入真空。这样得到的电子发射叫热电子发射。它是从外界赋予电子能量最简单，也是应用得最广泛的一种发射方式。 2、在固体表面施加很强的电场，使其产生场致电子发射。在物体的表面外加很高电压，使其产生非常强(>105V/cm)的电场。体内的电子在场的作用下也能有效地消除表面的阻碍作用而透入真空。这种发射叫场致电子发射。场致发射不仅可以获得107A/cm2以上的发射电流密度，制成较理想的点状电子源，而且还可以用来做成电子、离子显微镜，扫描隧道显微镜等，可以作为研究固体表面状态和结构的有力手段。 3、用高能电子轰击固体表面，使其产生次级电子（离子）发射。用具有一定能量的电子（或离子），从外部轰击固体表面，将其动能赋予体内电子，使它们发射出来。这种发射方式叫次级发射。目前，次级电子发射已广泛应用天各种电真空器件。例如光电倍增管，微通道板等，同时也以该发射为基础逐步发展了一系列表面分析仪器，如俄歇电子谱仪、电子衍射仪等，有力地促进了表面科学的发展。 4、用光辐射固体表面使其产生光电子发射。以光辐射的形式赋予固体内电子以能量，使其从体内逸出。这种发射叫光电子发射。它的发现比较早，对它的

场致发射显示.

场致发射显示
定义：场发射显示器（FED），即场致发射阵列平板显示或称为真空微尖平板显示器（MFD)，是一种新型的自发光平板显示器件。
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一、发展简史 ? 1961年，Shouledrs.K.R提出用场发射电子源的纵向和横向真空
微电子三极管的概念 ? 1968年，斯坦福研究所的Spindt.C.A，用薄膜技术和钼尖锥工
艺制作微型场发射阵列阴极。 ? 1985年，Meyer.R，微尖锥型阴极的矩阵选址阴极发光平板显
示器 ? 1988年，美国首届国际真空微电子学会议，标志真空微电子学
的正式诞生 ? 1989年，单色FED研制成功 ? 1997年，全色FED研制成功 ? 2001年，Sony公司13.2英寸全色FED
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First Delivery of 12.1” FED
On Nov. 23, 1999 PixTech, Inc. announced the delivery of the first 12.1-inch Field Emission Display (FED) to the U. S. Army
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FED的优点： ? 图像质量好、视角宽（1800） ? 功耗低（1－3w）、寿命长 ? 无偏转线圈，无X射线辐射 ? 响应速度快（ <2 us） ? 体积小，重量轻 ? 工作温度范围宽 ? 制作工艺比较简单（与LCD及其它PDP比）
总之，FED集中了CRT和LCD的优点，摒弃了它们的缺点，性能优良，极具竞争力的新一代显示器。
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光电技术期末复习

第一章光辐射与光源 1.1辐射度的基本物理量 1.辐射能Qe：一种以电磁波的形式发射，传播或接收的能量。单位为J（焦耳）。 2辐射通量Φe：又称为辐射功率Pe，是辐射能的时间变化率，单位为W（瓦），是单位时间内发射，传播或接收的辐射能，Φe=dQe/dt(J/S焦耳每秒) 3辐射强度Ie：点辐射源在给定方向上单位立体角内的辐射能量单位为W/sr（瓦每球面度） Ie=dΦe/dΩ. 4辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射能量，Ee=dΦe/dA单位为（W/㎡瓦每平方米）。dA是投射辐射通量dΦe的面积元。 5辐射出射度Me：扩展辐射源单位面积所辐射的通量，即Me=dΦ/dS。dΦ是扩展源表面dS在各方向上（通常为半空间360度立体角）所发出的总的辐射通量，单位为瓦每平方米（W/㎡）。 6，辐射亮度Le：扩展源表面一点处的面元在给定方向上单位立体角，单位投影面积内发出的辐射通量，单位为W/sr*㎡(瓦每球面度平方米)。 7光谱辐射量：也叫光谱的辐射量的光谱密度。是辐射量随波长的辐射率。光辐射量通量：Φe（λ）：辐射源发出的光在波长为λ处的单位波长间隔内的辐射通量。 Φe（λ）=dΦe/dλ单位为W/um或W/nm。 1.2 明视觉光谱光视效率V（λ）：视觉主要由人眼视网膜上分布的锥体细胞的刺激所引起的。（亮度大于3cd/m2，最大值在555nm处）暗视觉光谱光视效率：视觉主要由人眼视网膜上分布的杆状细胞刺激所引起的。（亮度小于0.001cd/m2，最大值在507nm处） 1.3 辐射度量和光度量的对照表辐射度量符号单位光度量符号单位辐射能Qe J 光量Qv Lm/s 辐射通量或辐射功率 Φe W 光通量Φv lm 辐射照度Ee W/㎡光照度Ev Lx=lm/㎡辐射出度Me W/㎡光出射度Mv Lm/㎡辐射强度Ie W/sr 发光强度Iv Cd=lm/sr 辐射亮度Le W/sr*㎡光亮度光谱光视效率 Lv V(λ) Cd/㎡按照人眼的视觉特性V(λ)来评价的辐射通量Φe即为光通量Φv： Φv=Km 780 380 Φe(λ)V(λ)dλ式中Km为名视觉的最大光谱光谱光视效率函数，也成为光功当量。国际实用温标理论计算值Km为680lm/W。光度量中最基本的单位是发光强度单位——坎德拉，记作cd，它是国际单位制中七个基本单位之一（其他几个为：米，千克，秒，安（培），开（尔文），摩（尔））。光通量的单位是流明（lm）,它是发光强度为1lm的均匀电光源在单位立体角内发出的光通量。光照度的单位是勒克斯（lx），它相当于1lm的光通量均匀的照在1m2的面积上所产生的光照度。 1.4 热辐射的基本物理量（5页） 1辐射本领：辐射体表面在单位波长间隔单位面积内所辐射的通量 2吸收率α（λ，T）:在波长λ到λ+dλ间隔内被物体吸收的通量与λ射通量之比，它与物体的温度和波长有关，

第二章、放电电极表面电子发射

第二章、放电电极的表面电子发射第一章中主要介绍了放电气体中的电子产生、气体粒子的碰撞激发和碰撞电离过程。在气体放电中，阴极表面的电子发射，对气体放电过程起着重要作用。下面就电极表面的电子发射过程进行讨论。我们先来看一下金属表面的电子所受电场力的作用。在原子体系中，核外电子受原子核场的库仑力的作用，其势能为： r Ze r U 02 16)(πε-= （2-1）电子离原子核越近，势能越大（电子脱离原子核的引力需做的功越大），电子离原子核越远，势能越小（0)(→?∞→r U r ）。在金属中也是如此，只是金属中的电子要受到多个按规则排列的原子的场作用。金属表面的一个自由电子（能在金属中自由移动的电子）受多个原子核场的同时作用，势能曲线如图 2.1。横轴x 轴垂直于金属表面，纵轴表示电子的势能； 0→?∞→U x 。金属中自由电子的最低能量为Wa -，能量再低于Wa -的电子为束缚电子，束缚于金属原子内，不能在金属中自由运动。在金属中自由电子的最高势能为φe -。虽然自由电子可以在金属中自由运动，但不能脱离金属表面而成为空间自由电子，这些电子只有从外界获得足够的能量（φe ），电子的动能才能超过金属表面势垒而脱离金属表面成为空间自由电子。金属内的自由电子从外部获得能量的主要途径有： 1、加热金属-----热发射； 2、用紫外或可见光照射金属表面---光致发射； 3、外加电场---场致发射；离子、电子等轰击金属表面，将能量传递给金属中的电子-----二次电子发射。一、热阴极发射从前面金属表面的电子势能曲线可以看出：金属表面内自由电子的位能位于φe Wa --与范围内，所以φe Wa --至也称为导带。在导带中的电子具有的最大能量为φe -，若想让电子脱离金属表面成为空间自由电子，电子至少应从外部获得φe 的能量。φe -----功函数或逸出功。导带中的自由电子的速度分布应满足玻尔兹曼分布： kT E e E n /)(?-∝? 其中 a W U E -=? （2-2）

蔡司场发射电子显微镜SUPRA55SAPPHIRE

场发射电子显微镜SUPRA 55 SAPPHIRE 详细描述：品牌：卡尔·蔡司型号：SUPRA 55 SAPPHIRE 制造商：德国卡尔蔡司公司经销商：欧波同纳米技术有限公司免费咨询电话：800-8900-558 【品牌故事】世界顶级光学品牌，可见光及电子光学的领导企业----德国蔡司公司始创于1846年。其电子光学前身为LEO（里奥）,更早叫Cambridge（剑桥），积扫描电镜领域40多年及透射电镜领域60年的经验，ZEISS 电子束技术在世界上创造了数个第一：第一台静电式透射电镜 (1949) 第一台商业化扫描电镜 (1965) 第一台数字化扫描电镜(1985) 第一台场发射扫描电镜(1990) 第一台带有成像滤波器的透射电镜 (1992) 第一台具有Koehler照明的 200kV 场发射透射电镜(2003)

第一台具有镜筒内校正Omega能量滤波器的场发射透射电镜(2003) CARL ZEISS以其前瞻性至臻完美的设计融合欧洲至上制造工艺造就了该品牌在光电子领域无可撼动的王者地位。自成立至今，一直延续不断创新的传统，公司拥有电镜制造最核心最先进的专有技术，随着离子束技术和基于电子束的分析技术的加入、是全球唯一为您提供钨灯丝扫描电镜、场发射扫描电镜、双束显微镜(FIB and SEM)、透射电子显微镜等全系列解决方案的电镜制造企业。其产品的高性能、高质量、高可靠性和稳定性已得到全世界广大用户的信赖与认可。作为全球电镜标准缔造者的CARL ZEISS将一路领跑高端电镜市场为您开创探求纳米科技的崭新纪元。【总体描述】超高分辨率SUPRA 55 SAPPHIRE是一款拥有第三代GEMINI 镜筒的高性能场发射电子显微镜，它有独一无二的摆动缓冲系统，并结合了5轴驱动载物台，通过不断变换电压可以获得很高的分辨率。对于使用者来说，SUPRA 55的系统功能强大，可以在相对不稳定的环境下完成检测，完全分析型的场发射扫描电镜探针电流可达到20nA，适用范围如材料领域、半导体技术、生命科学和纳米技术领域等。【技术参数】分辨率： 0.8nm@ 15KV 1.6nm @ 1KV 2.0nm @ 30KV(VP mode) 放大倍数： 12 - 1,000,000x 加速电压： 0.02 - 30 KV 探针电流： 4 pA - 20 nA (12pA - 100 nA 可选) 样品室： 330 mm (φ) x 270 mm (h) 样品台： 5轴优中心全自动 X = 130mm Y = 130 mm Z = 50mm T = -3 to 70° R = 360°连续旋转系统控制：基于Windows XP 的SmartSEM操作系统,可选鼠标、键盘、控制面板控制【产品应用】扫描电镜(SEM)广泛地应用于金属材料(钢铁、冶金、有色、机械加工)和非金属材料(化学、化工、石油、地质矿物学、橡胶、纺织、水泥、玻璃纤维)等检验和研究。在材料科学研究、金属材料、陶瓷材料、半

场发射扫描电镜技术参数

场发射扫描电镜技术参数一、系统基本信息： 1.1系统名称：场发射扫描电镜。 1.2系统数量：1套。 1.3系统组成：主机，Schottky型场发射电子源，无交叉光路Gemini镜筒,圆形一体化样品室，5轴全自动马达驱动样品台，环形Inlens二次电子探测器，样品室二次电子探测器，背散射电子探测器，CCD摄像机，计算机系统，操作软件，真空系统，循环水冷却系统、空气压缩机、能谱仪，原装进口离子溅射仪，备用热场发射灯丝1根，导电胶带2卷。二、用途：该设备主要用于金属材料、非金属材料、纳米材料的检测，可以对样品进行直接的超高分辨微观形貌观察和微区元素分析。三、技术要求： 1工作条件： 1.1电源电压：220V±10V,单相50Hz，工作温度：18°C-25°C，磁场：≤3mGauss，湿度：≤60%RH，接地：独立的接地线。 1.2仪器运行的持久性：长时间连续工作。 2性能指标： ★2.1分辨率：0.8nm@15kV 1.6nm@1kV ★2.2加速电压：0.02-30kV ★2.3加速电压调整步长：每档10V连续可调 2.4探针电流：12pA-20nA 2.5稳定性：优于0.2%/h 2.6放大倍数范围： 10-1,000,000× 3电子光学系统： 3.1电子发射源：Schottky型场发射（热场发射）电子源。 ★3.2 Gemini镜筒：无交叉光路设计，电子束仅在样品表面进行一次汇聚，彻底消除电子束交叉三次发生能量扩散大的问题。 ★3.3电子束加速器：无需切换模式即可实现低电压模式下电子束在镜筒内维持较高能量到达样品表面，可低至20V。能适应的表面凹凸不平样品不导电样品、成分复杂样品、需要倾斜观测的样品。 ★3.4透镜系统：电磁透镜/静电透镜式复合物镜。在任何电压条件下样品表面不形成磁场，在极短工作距离下对磁性样品的高分辨成像。 3.5聚焦：工作距离：范围可由1mm至50mm。具有灵敏度与放大倍数相关的粗调和细调。在整个加速电压变化范围内，自动补偿。对倾斜样品进行聚焦矫正。 3.7消像散器：八极电磁式系统 3.8光栏 3.8.1数量：七孔光阑.通过自动补偿套件可达到精准合轴 3.8.2调整：电磁选择和软件调整 3.8.3光阑尺寸：7μm,10μm,15μm,20μm,30μm,60μm,120μm 3.9扫描速率：17档扫描速度可选 3.10扫描方式：全帧、选区、定点、线扫描、扫描旋转、倾斜补偿 3.11电子束位移宽度：±1 4.5μm 4样品室

第五章场致电子发射

第五章场致电子发射场致发射：依靠外加强电场压抑物体表面势垒，使势垒高度降低，势垒宽度变窄，这样物体内的电子通过隧道效应穿透过表面势垒而逸出。优点：电流密度大，107A/cm 2，热发射，几百A/cm 2；冷阴极（无须加热阴极）问题：发射的稳定性，阴极寿命还未完全解决产生强电场的方法： 1、提高电压，发射体做成曲率半径很小的尖端形式。 2、采用薄膜技术，缩短阴阳极间距离。 5.1 金属场致发射理论一、与经典理论的矛盾加速场：肖特基效应||'ε??ke e ?=，)||44.0exp( 0εT j j a = 1、 E 较强时，实验结果得出的电流大于上式 2、 E 较强时，低温时（T<1000K ），电流与温度无关二、场致发射的定性解释场致发射：)exp(2E B AE j E ?= A ，B 是与φ有关的常数 E x 大于Wa 的电子，仍有可能被势垒反射回金属内部 E x 小于Wa 的电子，也可能“穿透势垒”而逸出――隧道效应势垒曲线a ：零场，理查生－德施曼方式（势垒无限宽，考虑偶电层力，镜像力）曲线b ：弱电场，肖特基效应（势垒高度降低，宽度变窄，只考虑了势垒高度的降低，是弱电场的热发射。温度对发射的影响远大于电场对发射的影响）微粒性势垒很宽：热反射电子数目》遂穿电子数目曲线c ：低温、强电场，隧道效应（势垒高度进一步降低，宽度变窄到电子波长数量级，隧道效应起主要作用，隧穿电子数目）热反射电子数目，j 可达108A/cm 2，T<1000K 场致发射，温度对发射的影响则不大。）波动性曲线d ：极强电场，成本高，没有必要隧道效应粒子能穿透比动能更高的势垒的现象，隧道效应是微观粒子具有波动性的表现，隧道效应对势垒宽度十分敏感如一个α粒子穿过一个势垒：

场致发射材料的应用与发展解析

场致发射材料的应用与发展纪石，021131028，化学系场致发射材料简介场致发射材料就是在外加真空电场的作用下会释放出电子的材料。电子逃离物体表面受到向内的作用力，即表面势垒。假定材料中的电子分布服从费米-狄拉克统计，能量高于费米能级的电子数量几乎为零。若费米能级低于表面势垒则没有电子能够逃离物体的表面，费米能级与表面势垒之差值称为功函。若使电子逃离表面，一方面可以提高温度以提高费米能级克服功函，这就是常见的热阴极技术；另一方面可以外加真空电场，降低表面势垒，就是场致发射技术。图1是某种场发射材料的发射电流-真空电压曲线[1]。由图中曲线可看出，当电压在很低时（<60V），发射电流几乎为零，而且存在一个栅压阈值（～ 80V），当外加电压大于这个阈值时，发射电流急剧升高。栅压阈值随材料的不同而不同，是表图1某种场发射材料的i-v曲线征场致发射材料的最重要的物理参数。几十年来，人们不断的发现与合成新的场致发射材料，都在追求着更低的栅压阈值。除此之外，材料的物理化学稳定性，加工方法，成本价格都在考虑之列。最早最常用的是具有常温抗氧化能力、高熔点的过度元素金属。场致发射材料的应用场致发射材料的主要应用方面有平板显示器以及其他需要电子发射器件的仪器，如电子显微镜等。在平板显示器上的应用甚至是带动了几乎全部的场致发射材料的研究。在原理上，以场致发射材料代替传统的CTR技术的热阴极作为电子发射源，即为场致发射显示器（FED）。最早进行场致发射显示器（FED）开发的是法国的Pixtech公司，现在技术已经比较成熟，并且已经投入市场，初步具有一定的市场规模。