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Canhões de Elétrons André Luiz Pinto, DC Chefe do Laboratório de Microscopia Eletrônica do IME

Canhao eletrons ime

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Page 1: Canhao eletrons ime

Canhões de Elétrons

André Luiz Pinto, DCChefe do Laboratório de

Microscopia Eletrônica do IME

Page 2: Canhao eletrons ime

Jeol

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Canhão de ElétronsZrO/W(100) SchottkyType Electron Gun

Higher brightness, 100 times greater than LaB6 gun

Higher coherency

Higher energy resolution, 0.7 to 0.8eV

Higher stability over a cold FEG

Longer life time 1.5 to 3 years (guarantied time: 5,000 hours)

Jeol

Page 4: Canhao eletrons ime

O que desejamos em um canhão?

Alto brilhoFonte de dimensões reduzidas EstabilidadeEnergia ControlávelCoerência

Page 5: Canhao eletrons ime

Brilho

Definimos o brilho como a densidade de corrente (corrente, ie, por unidade de área) emitido em um ângulo sólido αo. Unidade: A/m2sr

( )22

2 oo

e

di

αππβ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=

Jeol

Page 6: Canhao eletrons ime

Energia dos Elétrons

Através do Princípio da Dualidade Onda-Partícula de de Broglie podemos associar o momento da partícula ao seu comprimento de onda

Energia cinética do elétron a partir do seu potencial de aceleração

ph

eVmvmpvmeV ooo 22

2

==⇒=

Page 7: Canhao eletrons ime

Energia dos Elétrons

Comprimento de onda

Correção relativísticaeVm

h

o2=λ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

2212

cmeVeVm

h

oo

λ

Page 8: Canhao eletrons ime

Fontes Termiônicas

Lei de Richardson para a densidade de corrente

kTeATJΦ

−= 2

A- Cte de RichardsonΦ - Função TrabalhoK – Cte de Boltzmann

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Filamento de W

Baixo custo (~ US$ 90)Baixa vida (~ 100 h)Baixo brilho

Williams e Carter

Page 10: Canhao eletrons ime

Filamento de LaB6

Maior custo (~US$ 1-3k)Maior vida (~500 h)Maior brilhoMonocristal <100>Suporte resistivo de grafite ou rênioSujeito a choque térmicoAltamente reativoPodem ter efeito Schottky (ponta com r~1-10µm dobra o brilho)

Williams e Carter

Goldstein et all

Page 11: Canhao eletrons ime

Saturação

Williams e CarterJeol

Page 12: Canhao eletrons ime

Saturação

Williams e CarterJeol

Page 13: Canhao eletrons ime

Canhão de Elétrons - WehneltJeol Williams e Carter

Page 14: Canhao eletrons ime

Controle do Bias

Williams e Carter

Jeol

Page 15: Canhao eletrons ime

Problemas das Fontes Termiônicas

Evaporação do catodo“Thermal drift”Baixo brilho

Brilho máximo

kTeVJ oc

Max πβ =

Page 16: Canhao eletrons ime

Canhão de Emissão por Campo(Field Emission Gun - FEG)

Monocristal <310> com ponta afiada (r<100 ηm)Menor raio concentra o campo elétrico e diminui a necessidade de TV1 – voltagem de extração (3-5 kV)V2 – voltagem de aceleraçãoBrilho máximo

EeVJ oc

Max ∆=

πβ

Williams e Carter

Page 17: Canhao eletrons ime

Canhão de Emissão por Campo(Field Emission Gun - FEG)

3 tipos básicosFrioTérmicoSchottky

CrossoverFrio - < 5 ηmTérmico - < 5 ηmSchottky - < 15-30 ηm

Variação da Energia (∆E)Frio – 0,3 eVTérmico – 1 eVSchottky – 0,3 - 1 eV

EstabilidadeFrio – 5%/hTérmico – 5%/hSchottky – 2%/h

Goldstein et all

Page 18: Canhao eletrons ime

Goldstein et all

Williams e Carter

Page 19: Canhao eletrons ime

Degradação da Fonte

Goldstein et all

Page 20: Canhao eletrons ime

CoerênciaCoerência avalia quão “em fase” estão as ondas de elétronsCoerência temporal

Coerência Espacial α - ângulo de convergência

FEG possui grande coerência temporal e espacial

Evh

c ∆=λ

αλ2

<<cd

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Diâmetro do Feixe

O diâmetro final, dt, é resultado do diâmetro do “crossover” alargado pela aberração esférica da lente objetiva, ds, e a difração pela última abertura, dd.

222dsgt dddd ++=

αβπ12

2

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

idg35,0 αss Cd =

αλ22,1=dd

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Referências

Williams, D. B. e Carter, C. B., “Transmission Electron Microscopy” , Ed. Plenum, New York, 1996.Goldstein, J. et all, “Scanning ElectronMicroscopy and X–Ray Analysis”, Ed. Springer, 2003.Apostila da Jeol – METApresentação da Jeol – Jeol 2100F