Подготовка источника целадонита электронов и оценка его яркости
Summary
В статье представлен протокол для подготовки источника селадонита и оценки его яркости для использования в дальней визуализации низкоэнергетического электронного точечного проекционного микроскопа.
Abstract
Описанный здесь источник электронов celadonite хорошо работает в низкоэнергетическом электронном точечном проекционном микроскопе при визуализации на большой дальности. Он представляет собой основные преимущества по сравнению с острыми металлическими наконечниками. Его надежность обеспечивает продолжительность жизни месяцев, и она может быть использована при относительно высоком давлении. Кристалл селадонита откладывается на вершине углеродного волокна, поддерживается в соосной структуре, обеспечивающей форму сферического луча и легкое механическое позиционирование для выравнивания источника, объекта и оси электронно-оптической системы. Существует одно осаждение кристалла через поколение celadonite-содержащих капель воды с микропипеттом. Сканирование электронной микроскопии наблюдения могут быть выполнены для проверки осаждения. Однако это добавляет шаги и, следовательно, увеличивает риск повреждения источника. Таким образом, после подготовки, источник обычно вставляется непосредственно под вакуумом в проекционный микроскоп. Первое высоковольтное снабжение обеспечивает стартовый, необходимый для начала эмиссии электрона. Затем измеряется процесс эмиссии на местах: он уже наблюдался для десятков электронных источников, подготовленных таким образом. Яркость недооценена за счет переоценки размера источника, интенсивности при одном энергетическом и конусном уголе, измеренного в проекционной системе.
Introduction
Металл/изоляторные конструкции, используемые для излучения электронов, изучены в течение почти 20 лет из-за их низкого макроскопического поля1. Электрическое поле участвует только порядка некоторых V / МКМ2,3,4, в отличие от V / нм, необходимых для классического излучения поля с острыми металлическими наконечниками5,6,7. Это, вероятно, объясняет стартовые плазменные разряды, которые так полезны в технологиях электронного источника. Несколько лет назад мы стремились исследовать этот низкий уровень выбросов поля путем сдачи пленки естественных изоляторов на электронных слоев передачи углерода8. Celadonite, изолятор минерала, найденного в базальте Parana Ловушки в шахтах Аметиста-ди-Сул в Бразилии, был выбран.
Когда селадонит измельчается, кристаллическая форма представляет собой прямоугольную плиту с микрометрическими размерами и толщиной менее 100 нм (обычно: 1000 нм х 500 Нм х 500 нм х 50 нм). Это совершенно плоский и узнаваемый в сканировании электронной микроскопии(рисунок 1). Пленка образуется путем осаждения капли воды, содержащей целеадонит на углеродном слое. По мере увеличения напряжения он излучает электроны после режима Фаулер-Нордхайм с интенсивностью насыщения для наивысшего напряжения. Изучение используя диафрагму в системе проекции показало что один излучатель пункт-как источник9. Однако, используя этот большой фильм с диафрагмой, чтобы выбрать источник не использовать потенциал точечного источника. Например, точечные источники, обычно используемые в микроскопии проекции проекции с низким энергопотреблением электронов-источников, позволяют расстояние от источника к объекту около 100 нм. Тем не менее, такое расстояние между исходными данными не может быть и речи с пленкой. Найти способ изолировать один кристалл, чтобы иметь возможность переместить что-то к этому источнику электронов было проблемой. Наше решение было первым, использовать 10 мкм углеродного волокна: хранение капли на вершине волокна обязательно ограничивает количество кристаллов целадонита. Во-вторых, мы решили ограничить размер капли: микропайпет с кончиком около 5 мкм заполняется селедонит-содержащей водой и давление применяется на входе в микропипет, чтобы создать небольшую каплю, чтобы промокнуть вершину волокна. Протокол детализирует полный процесс подготовки источника.
В результате источником является соосный точечный источник, позволяющий хорошее выравнивание между источником, объектом и электронной оптической системой10. Поскольку его диаметр 10 мкм все еще шире, чем ультра-острые кончики, расстояние от источника к объекту ограничено несколькими десятками микрометров. Тем не менее, мы недавно показали, что излучатель источника селадонита в сочетании с объективом Einzel выполняет сопоставимо с классическим точечным проекционным микроскопом. Дальнего изображения, таким образом, сделал доступным даже ограничивает заряд эффект11 на объект и искажения изображения участие12,13. Источник celadonite также представляет основные преимущества по сравнению с острыми кончиками металла. Он прочный: точечный источник находится под кристаллом и, таким образом, защищен от распыления. Источник может работать при относительно высоком давлении: в течение нескольких минут он тестировался на 10-2 мбар. Однако его срок службы и его стабильность по-прежнему зависят от правильных вакуумных условий. Мы обычно используем источник celadonite на 10-8 mbar и получить продолжительность жизни месяцев.
Эта статья предназначена, чтобы помочь всем желающим использовать источник celadonite для производства когерентного электронного луча.
Protocol
Representative Results
Discussion
Этот протокол не является критическим, поскольку геометрия источника в микроскопическом масштабе изменяется от одного источника к другому. Сложность заключается в том, что, поскольку углеродное волокно является хрупким, его резки может привести к неподходящей длины. Адекватная длина …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить Марджори Свитко за улучшение английского языка этой статьи.
Materials
| Carbon fiber filament | Goodfellow | C 005711 | |
| Carbon fiber filament | Mitsubishi Chemical | DIALEAD | |
| Carbon fiber filament | Solvay | THORNEL P25 | |
| Carbon fiber filament | Zoltek | PX35 Continuous Tow | |
| Celadonite | Verona Green earth / pigment | ||
| Dual-stage microchannel plate and fluorescent screen assembly | Hamamatsu | F2225-21S | |
| Flow controller | Elveflow | OB1 | |
| Machinable glass ceramic | Macor | ||
| Micropipette Puller | Sutter Instruments | P2000 | |
| Piezo-electric actuators | Mechonics | MS30 | |
| Quartz capillary | Sutter Instrument | B100-75-15 | |
| Silver Lacquer | DODUCO GmbH | AUROMAL 38 | |
| Ultrasonic processor | Hielscher / sonotrode MS3 | UP50H |
References
- Forbes, R. G. Low-macroscopic-field electron emission from carbon films and other electrically nanostructured heterogeneous materials: hypotheses about emission mechanism. Solid-State Electronics. 45, 779-808 (2001).
- Wang, C., Garcia, A., Ingram, D. C., Lake, M., Kordesch, M. E. Cold field emission from CVD diamond films observed in emission electron microscopy. Electronics Letters. 27, 1459 (1991).
- Okano, K., Koizumi, S., Ravi, S., Silva, P., Amaratunga, G. Low-threshold cold cathodes made of nitrogen-doped chemical-vapour-deposited diamond. Nature. 381, 140-141 (1996).
- Geis, M. W., et al. A new surface electron-emission mechanism in diamond cathodes. Nature. 393, 431-435 (1998).
- Horch, S., Morin, R. Field emission from atomic size sources. Journal of Applied Physics. 74 (6), 3652-3657 (1993).
- Muller, H. U., Volkel, B., Hofmann, M., Woll, C., Grunze, M. Emission properties of electron point sources. Ultramicroscopy. 50 (1), 57-64 (1993).
- Qian, W., Scheinfein, M. R., Spence, J. C. H. Brightness measurements of nanometer-sized field-emission-electron sources. Journal of Applied Physics. 73 (11), 7041-7045 (1993).
- Rech, J. e. m., Grauby, O., Morin, R. Low-voltage electron emission from mineral films. Journal of Vacuum Science & Technology B. 20 (1), 5-9 (2002).
- Daineche, R., Degiovanni, A., Grauby, O., Morin, R. Source of low-energy coherent electron beams. Applied Physics Letters. 88, 023101 (2006).
- Salançon, E., Daineche, R., Grauby, O., Morin, R. Single mineral particle makes an electron point source. Journal of Vacuum Science & Technology B. 33, 030601 (2015).
- Prigent, M., Morin, P. Charge effect in point projection images of Ni nanowires and I collagen fibres. Journal of Physics D: Applied Physics. 34 (8), 1167-1177 (2001).
- Salançon, E., Degiovanni, A., Lapena, L., Lagaize, M., Morin, R. A low-energy electron point-source projection microscope not using a sharp metal tip performs well in long-range imaging. Ultramicroscopy. 200, 125-131 (2019).
- Salançon, E., Degiovanni, A., Lapena, L., Morin, R. High spatial resolution detection of low-energy electrons using an event-counting method, application to point projection microscopy. Review of Scientific Instruments. 89, 043301 (2018).
- Swanson, L. W., Crouser, L. C. Total-Energy Distribution of Field-Emitted Electrons and Single-Plane Work Functions for Tungsten. Physical Review. 163, 622 (1967).
