金属材料基礎講座-142

電子銃

 SEMのフィラメントは電子銃とも呼ばれ、電子銃から電子が放出されます。電子銃の種類は熱電子銃や電界放出型(Field Emission:FE-SEMとも呼ばれる)などがあります。3種類の電子銃の模式図を図1に示します。熱電子銃は主にタングステン電極(またはLaB6単結晶)を通電加熱して熱により電子を引き出します。図1のa)のウェーネルト電極の出口付近に電子線のクロスオーバーがあり、この時の電子源の直径は15~20μm程度です。これがSEMの光源となります。タングステン電極は2800K程度、LaB6は1900K程度に加熱されます。

 FEはタングステン電極先端(エミッタという)に電圧をかけ、強磁界で電子を引き出します。FEの方が熱電子銃よりも電子を小さく絞れるため、高倍率での観察ができます。FEの先端は高い清浄度が要求されるため、10-7~10-8Pa程度の真空度が必要となります。FEでは室温でエミッタを使用する冷陰極FE(図1のb))と高温で使用するショットキー電子銃(熱陰極FE)(図1のc))があります。

 冷陰極FEではエミッタに先端の曲率半径100nm程度のタングステン<310>単結晶が使用されます。電子源の直径は5~10nm程度であり、高い解像力を得ることが出来ます。そしてフィラメントの寿命も長いです。しかし、放出電流の安定性は悪く、ノイズキャンセルする回路がセットされています。

 ショットキー電子銃ではエミッタに先端の曲率半径数百nm程度のタングステン<100>単結晶をZrOで被覆したものが使用されます。電極は1800K程度に加熱されます。電子線の直径や解像力は冷陰極FEより劣りますが、放出電流は安定します。