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微觀世界里的探路者,場發射電子顯微鏡電子源實現量產
發布:Iron_MAN10   時間:2019/7/9 11:05:16   閱讀:1043 
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場發射電子顯微鏡電子源實現量產

——專訪大束科技高級工程師 郝占海

文/記者 桂楷東 

一個細胞被放大1500萬倍會是什么樣?電子顯微鏡下的世界,一個跟宏觀不一樣的微觀世界正在改變著人們的生活。 

近日,由大束科技(北京)有限責任公司研發制造的場發射電子源,經過實驗室測試和實際裝機使用測試,測試樣品的全部壽命均超過進口產品標定的8000小時。這一產品的量產,標志著我國這一關鍵技術領域取得重大突破。
 

 
高質量電子顯微鏡被美日壟斷 

從顯微鏡誕生發展到今天,人們常常把顯微鏡視為人類進入微觀領域的象征。直到1931年電子顯微鏡的誕生,一定程度上奠定了現代顯微鏡的兩個大體發展方向——光學顯微鏡和電子顯微鏡。 

“電子顯微鏡電子源也常被稱為電子顯微鏡燈絲,是安裝到電子顯微鏡的電子槍上,在特定的條件下發射出電子,形成電子束。”據大束科技高級工程師郝占海介紹,電子槍是電子顯微鏡系統中核心,正是由于沒有場發射電子源技術,無法生產場發射電子槍,我國目前只有一家可以生產鎢燈絲掃描電子顯微鏡的企業。 

長期以來,TEM透射電鏡技術牢牢被日本、美國企業掌握,高質量掃描電子顯微鏡也只有日本、美國、德國和捷克少數幾個國家可以生產。而能夠掌握高質量電子顯微鏡里的場發射電子源的國家則更少。 

據了解,電子顯微鏡是納米材料科學、生物、半導體等領域研究的必須的大型科研儀器,按照使用的電子源種類不同可以分為鎢燈絲、LaB6 和場發射型電子顯微鏡。不同種類的電子源是應用到不同技術的電子槍中,就目前的技術來說這三種技術中,使用場發射電子源的電子槍分辨率最高,電子源使用壽命也是最長的。
 

電子源成為電子顯微鏡技術的瓶頸 

據了解,目前電子顯微鏡的放大倍率已經可以超過1500萬倍,就這一方面來說已經遠超光學顯微鏡。但是,電子顯微鏡對于工作環境的真空要求非常高,并且電子束的照射也會使生物樣品受到輻照損傷,并不適用于活體生物有關的研究。 

加上成本以及一些細枝末節的問題,讓電子顯微鏡并不能替代光學顯微鏡的地位。 

“技術難點就在一根小小的電子源上。”郝占海介紹,在場發射電子槍技術中,有冷場和熱場區別,不論是冷場還是熱場,目前使用的肖特基場發射電子源或叫場發射燈絲都是采用在鎢單晶針上鍍上了氧化鋯來降低電子的逸出功,單晶鎢尖上的氧化鋯只有一個分子的厚度。

在拉出極高電場的作用下,電子源在發射面上發射出電子束,經過聚光鏡的控制作用打到樣品上的電子束光斑一般只有0.8到1 nm 。電子束的束斑大小直接影響到了電子顯微鏡的分辨率,電子束的束斑越小分別率越高。
 

微觀世界里的探路者,推動高質量電子顯微鏡的發展 

由于長期從事高端電子顯微鏡技術開發,郝占海及其團隊也被稱之為微觀世界里的探路者,隨著國產電子源的量產將推動高質量電子顯微鏡的發展。

郝占海介紹,該儀器利用二次電子成像原理,在鍍膜或不鍍膜的基礎上,低電壓下通過在納米尺度上觀察生物樣品如組織、細胞、微生物以及生物大分子等,獲得忠實原貌的立體感極強的樣品表面超微形貌結構信息。經過抽查測試,在FEI的電鏡和ZEISS的電鏡上安裝使用,量產后的燈絲的一致性良好,目前的產品可以替換FEI、ZEISS以及其它牌的電鏡的電子源。 

為了能夠研制高質量電子顯微鏡。郝占海介紹,研發人員首先研發了場發射電子源合FIB離子束使用的離子源,在經過研發實驗,材料選擇、制造工藝改進等系列工作后,量產的電子源的一致性良好。 

具有自己生產的場發射電子源后,大束科技在高質量場發射電子顯微鏡上研發取得了快速進步,其研發的場發射電子槍已經技術成熟。郝占海堅定的說:“有了中國自己制造的場發射電子源,必將推動高質量電子顯微鏡國產化快速發展”。


來源:中國科技網
 
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