如何选择扫描电镜灯丝？

对于不同的灯丝，就性能而言，场发射（FEG）扫描电镜图像的分辨率是很高的。但是就电镜的日常使用而言，很重要的一点还是以低成本获得高质量的图像，这样一来场发射电子枪就不再那么吸引人了，因为它要求的真空度很高，需要一个高价的真空设计。电子枪的成本效率是相对于它的使用寿命和日常维护而言的。这就是为什么经常看到钨灯丝和CeB6灯丝出现在（台式）SEM供应商的配置清单中。

图一：钨灯丝与CeB6 灯丝 

灯丝是一种耗材

通常情况下，我们都希望灯丝使用寿命能够贯穿SEM的整个生命周期，可能需要10年甚至10年以上。不幸的是，灯丝是消耗品，不可避免地会“磨损”。灯丝的寿命取决于两个主要因素：1）运行的真空度，2）灯丝温度。低真空度和温度过高都会导致灯丝寿命减短。而高真空度，低温可以延长灯丝的寿命，但也会降低图像质量。因此，在很优条件下运行灯丝很重要。

SEM真空系统 

不同的灯丝，SEM真空系统的设计有所不同。在钨灯丝系统中，灯丝的真空度受到运行状态影响。例如，每次加载或卸载样品时，都会有空气进入真空柱，影响灯丝的使用寿命。观察不导电样品时，通常需要低真空，也会缩短灯丝寿命。对于CeB6系统，比如飞纳电镜，内置涡轮分子泵，采用分级真空系统，通过压差光阑使得真空柱的各部分具有不同的真空度，保证灯丝时刻处于高真空的状态下。这意味着，在低真空环境下加载和观测样品不会影响灯丝寿命。

 

图2：真空柱的截面图与电子枪结构示意图 

SEM灯丝寿命的终结

如何判断灯丝寿命的尽头？对于钨灯丝，你根本看不到它的到来。这意味着灯丝可能在成像或分析过程断裂，这会带来很多不便。来自灯丝的碎片也可能污染真空柱的其他部件，这不仅需要换灯丝，还要清理、甚至更换其他部件，如韦氏帽。

当然，可以在使用寿命结束前更换灯丝，但它没有得到充分利用，因此需要频繁地更换。如果您有大量的SEM用户，您不可能总有 机会及时更换灯丝——除非整个团队都接受了更换灯丝的培训。而且更换灯丝后常常会引起灯丝不居中。

CeB6灯丝在寿命的尽头将会有一个缓慢的性能退化过程。这意味着您将看到它的到来，CeB6灯丝不会突然中断，因此可以有计划地安排更换。我们是可以看到CeB6灯丝老化的迹象的，如为了获得与平时同样质量的图片时，用户需要将对比度和亮度调得更大，或者使用更大的束斑。

灯丝：使用寿命

钨灯丝的平均寿命取决于它的使用，大约是150小时。有一些技巧可以延长灯丝的使用寿命。一种是当测完样品后，不要急着卸载样品，可以先等5分钟。这使灯丝冷 却一点，减少氧化。当然，这个小技巧会降低测样效率，因为需要多等5分钟。

另一种选择是使用低加速电压、低束流成像，这可以增加灯丝寿命，但往往会降低降低图片质量，特别是低加速电压下成像。

CeB6灯丝的平均寿命大约为2000小时。在它的使用寿命中，即使加载和卸载许多样品，或者使用低真空成像，性能依旧保持良好。

灯丝：维护

一般用户可以更换钨灯丝，这是一个必要的先决条件，因为更换灯丝的频率很高，有时候一周一次。摘除、安装和校准灯丝是很容易的，它只是需要时间。更换灯丝所需的时间取决于旧灯丝的状态。如果旧灯丝没有断裂，那么您将可能在20分钟内启动系统并再次运行。如果真的断裂了，就需要更多的时间来清理韦氏帽等其他部件，以保证同样的性能。

CeB6灯丝也可以被用户更换。但是更换的频率比较低，一般2-3年才更换一次。因此，这不像钨灯丝是一个“常规”的工作。更好的方法是计划更换，并由售后工程师完成。这意味着用户不用进行库存。就像在你的车更换机油：你可以自己做，但你更喜欢一辆在车 库里进行定期检查时才需要更换机油的汽车。

扫描电镜灯丝：推荐

通过考虑以上所有的优点和缺点，我们可以得出结论，对于钨灯丝和CeB6灯丝来说，拍出每张图片的成本可能是差不多的。然而，考虑到无忧的、方便的使用和操作，以及每一张图片的质量，显然，CeB6灯丝更好。+