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13 Dicembre 2018

Karl Kersten

Sorgente FEG: tutto quello che dovresti sapere

Fino ad ora, non si era mai visto un microscopio elettronico a scansione (SEM) ad alto voltaggio con una sorgente Field Emission Gun (FEG). Perchè no? E perché può essere utile avere una sorgente FEG in un desktop SEM? Cerchiamo qui di fornire alcune risposte.Pharos sorgente FEG

Perché inserire una sorgente FEG in un SEM compatto?

I SEM compatti o Desktop SEM costituiscono una categoria di strumenti recente ma già perfettamente consolidata. In effetti molte applicazioni non richiedono l’uso di un SEM con risoluzione ultra-elevata inferiore a 1nm e spesso una risoluzione da 10 nm risulta più che sufficiente. Tuttavia, gli utilizzatori di SEM compatti, di fronte alle ridotte funzionalità e crescenti richieste d’analisi, apprezzerebbero un sistema con miglior risoluzione, mantenendo la velocità e facilità di utilizzo del desktop SEM.

La progettazione dei sistemi SEM

La progettazione di una nuova piattaforma SEM comporta vari requisiti. Prima di tutto, le specifiche sono di solito impostate ad un valore più alto così da ottenere prestazioni migliori dal sistema. Inoltre, una nuova piattaforma non deve influire sulla facilità d'uso dello strumento, a maggior ragione per un desktop SEM. L’analista di laboratorio deve essere in grado di lavorare con un desktop SEM senza averne alcuna esperienza. 

Infine, quali sono le sfide specifiche da affrontare per passare da una sorgente CeB6 a una sorgente FEG? Per rispondere, è necessario fare un passo indietro per spiegare le differenze tra le varie sorgenti SEM.

Le sorgenti SEM 

Una delle componenti principali in un microscopio SEM è la sorgente di elettroni. Esistono tre diverse sorgenti:

  • Tungsteno
  • Esaboruro di Cerio (CeB6)
  • Field Emission Gun (FEG)

Dal punto di vista della brillantezza e della dimensione del filamento, la sorgente FEG è quella migliore per generare immagini ad alta risoluzione (come in figura 1).

Pharos vs sorgente tungsteno

Fig.1 : Phenom Pharos vs SEM da pavimento con sorgente in Tungsten

La sorgente FEG in un Desktop SEM

Dunque, perché fino ad agosto 2018 non si era mai visto una sorgente Field Emission Gun (FEG) in un microscopio elettronico a scansione (SEM) ad alto voltaggio? La risposta risiede principalmente nelle sfide di progettazione meccanica:

· Il funzionamento di una sorgente FEG richiede un sistema con un livello molto alto di vuoto. Tipicamente una sorgente FEG funziona ad un livello di vuoto pari a 10-9 o 10-10 mBar. Purtroppo, non basta un sistema di pompaggio più potente per raggiungere un livello di vuoto così alto. Le molecole d'acqua tendono ad attaccarsi alle pareti laterali della colonna di elettroni e non possono essere eliminate per pompaggio. L'unico modo per rimuovere queste molecole d'acqua è iniziare a riscaldare la colonna. Per un desktop SEM questo è un processo molto complesso a causa delle dimensioni ridotte della colonna, con il rischio di surriscaldare gli obiettivi o i rilevatori.

· È necessaria una maggiore stabilità del sistema per consentire un maggiore ingrandimento e una migliore risoluzione. Ciò aumenta la necessità di componenti elettronici e meccanici stabili.

L'elettronica di controllo di una sorgente FEG è diversa da quella di una sorgente in tungsteno o Esaboruro di Cerio (CeB6), ma la sensibilità meccanica del sistema richiede anche una progettazione estremamente robusta.

Il Phenom Pharos della Thermo Scientific ™ ha superato tutte queste sfide progettuali ed è stato lanciato sul mercato a fine agosto 2018. .

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