磁浸没场发射电子探针系统探讨

本文采用一些简化条件,用电子计算机计算了叠加有各种磁场的场发射枪的相对球差系数C_r。Cr表示系统叠加磁场后物方球差系数比只存在静电场时增大的程度。场发射枪采用简化的静电二极管SOC模型;磁场分别为钟形场、单线圈场、双曲函数场、高斯分布场、负幂指数场及磁化球场等。计算了磁场在不同位置及不同磁场半高宽时C_r的变化情况。当磁场峰值位于场发射尖处(系统A),且磁场半高宽为5mm时,叠加这几种磁场后的C_r值均在9以下,以钟形场的值为最小。磁场相同,但峰值处于阴、阳极之间(系统B)时,C_r增大;峰值移到阳极处(系统C),C_r更大。阴极尖的实象,即电子探针的位置,由磁场的激励来控制,可以在很大的范围内变化。文中给出了球差系数与实象坐标间的关系,以及几种磁场模型时系统A与C光学性质的比较。以钟形场系统A的C_r为最小。这种磁浸没系统的优点是球差系数比在纯电场场发的枪后再加一个单独的磁聚光镜系统要小得多。计算表明,在场发射枪高发射电流密度下,这种磁浸没系统在电子探针成象位置距发射尖的距离长达200mm、且在试样周围有很大的自由空间的情况下,当受球差限制的电子探针半径为0.50μm、发射电流密度为10~(10)A/m~2时,可以获得μA量级的电子束流。