[发明专利]易于位置调节的电子显微镜用电子枪及包括其的电子显微镜

说明书

本发明涉及一种易于位置调节的电子枪及包括其的电子显微镜，电子枪改善了真空结构，以便在电子枪的灯丝块(filament block)或电子尖端的中心轴与阳极及聚焦透镜的中心轴机械地错位时，即使不具备用于保持真空的波纹管，也能够使得电子枪的灯丝块或电子尖端移动，为了使得电子束的中心轴与阳极板或二次阳极对齐，阳极板与维纳尔圆柱电极相面对，二次阳极与场发射电子源及一次阳极并排配置，即使不设置包围并密封电子束产生部的波纹管，也能够移动双重O环密封部或磁性流体密封部上的上面平板，从而不仅电子束排列容易，而且结构简化、组装以及分解容易，使用能够再次使用的橡胶O环，并且与不锈钢相比，在保持超高真空方面上没有差别，将相对磁导率值大的软钢用作腔室，从而即使不设置高导磁合金或坡莫合金等包围电子束产生部的追加的构成，也能够防止杂散磁场流入，从而不仅制造容易，而且因没有采用复杂的构成而具有经济性。

技术领域

本发明涉及一种电子显微镜和电子枪，更为详细地，涉及一种易于位置调节的电子枪及包括其的电子显微镜，电子枪对真空结构进行了改良，以便在电子枪的灯丝块(filament block)或电子尖端的中心轴与阳极及聚焦透镜的中心轴机械地错位时，即使不具备用于保持真空的金属材料的波纹管，也能够以结构简单并且组装及分解容易的形式使得电子枪的灯丝块或电子尖端移动。

背景技术

扫描电子显微镜(SEM,Scanning Electron Microscope)以二维的形式将电子束扫描到样品，检测出从样品发射的二次电子后，使其成像。所述扫描电子显微镜是与光学显微镜相类似的构成，光学显微镜包括光源、会聚透镜和物镜，使用从样品表面反射的光来成像。相当于光学显微镜的光源的电子枪起到使得电子产生并加速的作用，并且供给用作电子束的形态的电子群。

原子内的电子通过与原子核的电力作用而在特定能量轨道具有一定的能量，所以只要不从外部提供能量，几乎不会发生电子脱离原子而被发射的事情，但是若提供能量垒(功函数；work function)以上的能量，则脱离到外面。换句话说，若用高温对如用作电子枪的灯丝的钨一样的金属进行加热，则受表面的原子约束的电子脱离原子核的束缚并脱离到真空中。

若通过电子发射方式对电子显微镜的电子枪进行区分，则可以分为热发射式(thermionic electron gun)和场发射式(field emission electron gun)。在热发射式(thermal emission)中，用作阴极的灯丝主要是钨丝，末端弯曲为具有V字形的发卡形状，直径约为100μm。钨的功函数值是4.5eV，并不大，熔点是3,650K，非常高，所以经常用作灯丝，并且直接向灯丝施加电流，约加热到2,200K。为了提高在高级电子显微镜产生的电子密度，使用LaB₆(lanthanium hexaboride)，并且用1800K的温度进行加热并使用。LaB₆若原子吸附在表面，则具有电子发射性明显下降的问题，所以要保持高真空。

热发射式电子枪包括：灯丝，其设置于电子枪的上部，维纳尔圆柱电极(Wehneltcylinder)围住灯丝周围；阳极板(anode plate)，其在下侧起到加速电极作用。在维纳尔圆柱电极(Wehnelt cylinder)形成具有比以偏置电压作为阴极的灯丝更阴的值的电压，因此，从灯丝发射的电子受到斥力向中间聚焦。通过施加于阴极的灯丝和阳极板之间的电压差异来被加速，并且使得从灯丝发射的电子加速并向下方向发射的同时形成电子束。