场发射枪低压扫描电镜的电子光学设计

本文讨论了场发射枪低压扫描电镜的电子光学设计,包括用于低压条件下两种型式的磁透镜的优化设计,以及对于磁透镜和二次电子接收器的整体联合设计。计算结果和初步实验表明,本文设计的低压扫描电镜可以达到2.5～3.0纳米的分辨率,它与电子光学理论预期值基本符合。低压扫电镜的工作电压一般认为是在0.75kV到3～5kV范围内。其主要优点为:可以减小试样的荷电,直接观察非导体试样而不用涂覆,并减少图形的假象;穿透深度浅,提高图象的立体感和衬度;对于半导体、塑料、高分子和生物试样还可以减少试样的辐射损伤。因此低压扫描电镜成为具有特色的电镜分析工具。近年来国外正在兴起低压扫描电镜的研制、开发和应用(例如,美国的AM-RAY公司和日本的日立公司等)。1991—1993年,我们从事了美国国家科学基金研究项目,设计成功低压扫描电镜及其电子接收器系统。现已由美国AMRAY公司研制成功。本文将讨论这个具有场发射枪的低压扫描电镜的电子光学设计。