بررسی تفاوت بین فیلامان‌های مختلف مورد استفاده در دستگاه‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی
با پیشرفت فناوری‌نانو در چند دهه اخیر، به میکروسکوپ الکترونی روبشی به‌عنوان ابزاری بسیار کارآمد توجه ویژه‌ای شده‌است. به همین دلیل، تحقیقات و تلاش‌های بسیاری برای بهبود نتایج به‌دست آمده و همچنین تسهیل در کار با دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی صورت گرفته است. یکی از اقدامات صورت گرفته، تغییر و تصحیح در منبع تولید الکترون‌ها است که با عنوان فیلامان شناخته می‌شود. فیلامان‌ها دارای انواع مختلفی هستند که استفاده از آنها بستگی به نتایجی دارد که از نمونه مورد بررسی، انتظار می‌رود. این مقاله تلاشی است برای آشنایی هر چه بیشتر انواع مختلف فیلامان‌های مورد استفاده در دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی. همچنین در این مقاله به مقایسه تفاوت‌ها و موارد کاربرد آنها پرداخته می‌شود.
این مقاله شامل زیر فصل های زیر است:
مقدمه
1- انواع تفنگ‌های الکترونی
2- مقایسه انواع تفنگ‌های الکترونی
نتیجه گیری
2) کلاهک نگهدارنده فیلامان که در اصطلاح به آن وهنلت نیز گفته می‌شود که وظیفه آن کنترل میزان الکترون‌های منتشر شده و متمرکز کردن آنها در نقطه مورد نظر است.
3) صفحه آندی با بار مثبت که فرآیند جذب و شتاب‌دهی الکترون‌های منتشر شده به سمت نمونه را انجام می‌دهد. در شکل (1) نمای کلی سیستم تفنگ الکترونی میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داده شده‌است [3و2و1].
1- انواع تفنگ‌های الکترونی
از تفنگ‌های الکترونی مختلف که دارای قابلیت‌های متفاوت هستند در میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی مورد استفاده قرار می‌گیرد که براساس تفاوت چشم‌گیر باریکه الکترونی آنها، کاربردهای آنها نیز متفاوت است. تفنگ‌های الکترونی را می‌توان به سه دسته تفنگ الکترونی گرمایونی، تفنگ الکترونی نشر میدان و تفنگ الکترونی شاتکی تقسیم‌بندی نمود [3].
2- مقایسه انواع تفنگ‌های الکترونی
به‌طور کلی، تفاوت میان تفنگ‌های الکترونی مختلف، در جدول (1) آورده شده‌است.
| نوع تفنگ الکترونی | گرمایونی | نشر میدان | شاتکی | |
| تنگستنی | LaB6 | |||
| جنس کاتد | تنگستن | تک کریستال لانتانیوم هگزابوراید | تک کریستال تنگستن | تک کریستال تنگستن پوشش داده شده با اکسید زیرکونیوم |
| خلأ مورد نیاز (تور) | 10-6 | 10-7 | 10-11 | 10-11 |
| دمای کاتد (کلوین) | 2600 | 1800 | دمای اتاق | 1700 تا 1800 |
| طول عمر کاتد (ساعت) | 40-100 | 200-1000 | >1000 | >1000 |
| قطر منبع الکترونی | 30 میکرومتر | 10میکرومتر | 5 نانومتر | 20 نانومتر |
| روشنایی (A/cm2 ×sr) | 106 | 107 | 109 | 108 |
| پهنای انرژی (eV) | 2/0 | 1/5 | 0/2 | 0/3 تا 1/0 |
| جریان باریکه الکترونی بیشینه (A) | 10-7 | 10-7 | 10-9 | 10-7 |
به‌طور کلی، فیلامان تنگستنی به‌عنوان یک فیلامان نسبتا ارزان و با قابلیت کاری در شرایط خلاء پایین (تقریبا 5-10 تور) است که از مزایای آن به‌شمار می‌رود. از معایب فیلامان‌های تنگستنی می‌توان به طول عمر کوتاه آنها (تقریبا 1000 ساعت، حتی در شرایط خلاء بالا) و نشر الکترون پایین که منجر به پایین آمدن تفکیک‌پذیری نتایج به‌دست آمده می‌شود، اشاره نمود [3و4].
از مزایای استفاده از فیلامان LaB6 می‌توان به نشر بالای الکترونی (تفکیک‌پذیری بهتر) و طول عمر بالاتر نسبت به فیلامان‌های تنگستن (در حدود 2000 ساعت) و از معایب آن به هزینه بالای خود فیلامان و تعمیر و نگهداری آن و شرایط کاری خلاء بالا (تقریبا 6-10 تور به بالا) اشاره نمود. در این میان، فیلامان CeB6 نیز خواص مشابهی مانند فیلامان LaB6 دارد با این تفاوت که عمر مفیدشان بیشتر است [3و4].
در فیلامان نشر میدان با توجه به این‌که نشر الکترونی سرد بوده و قطر جریان باریکه الکترونی بسیار کوچک است، تمرکز الکترون‌ها بیشتر بوده و کیفیت نتایج به‌دست آمده دارای تفکیک‌پذیری بهتری خواهد بود. به‌علاوه، عمر کارکرد این نوع فیلامان بسیار بالاتر ار فیلامان‌های گرمایونی است؛ اما از طرف دیگر برای استفاده از فیلامان نشر میدان، نیازمند شرایط کاری با خلاء بسیار بالا (در حدود 7-10 تور) بوده و همچنین هزینه تعمیر و نگهداری آن بسیار بالا است. از آنجایی که وجود هر گونه آلودگی روی فیلامان، منجر به کاهش نشر الکترون‌ها، کاهش کیفیت نتایج به‌دست آمده و کاهش عمر فیلامان می‌شود، از یک سیستم پاک‌کننده میکروسکوپی، برای تمیز نگه داشتن مداوم فیلامان استفاده می‌شود. از دیگر معایب قابل توجه فیلامان نشر میدان، کاهش تابش پرتو ایکس است که باعث افزایش زمان مورد نیاز برای انجام آنالیز شیمیایی با استفاده از تابش پرتو ایکس می‌شود [3و4].
در فیلامان نوع شاتکی، قطر باریکه الکترونی تشکیل شده بسیار کوچک‌تر از دیگر انواع فیلامان‌ها بوده و میزان تفکیک‌پذیری نتایج عالی است ولی خلأ مورد نیاز بسیار بالاتر و هزینه تعمیر و نگهداری آن مقرون به صرفه نیست [4].
نتیجه‌گیری
منابـــع و مراجــــع
