LaB6-Kathoden zur Verwendung in Elektronenmikroskopen

Einführung

Lanthanhexaborid (LaB6, Lanthanborid oder LaB) ist eine chemische Verbindung aus Lanthan und Bor, und das Lanthanhexaborid-Target ist eine Art keramisches Sputtertarget aus demselben Material. Beide werden häufig in optischen Geräten und Techniken wie Elektronenmikroskopen, Elektronenlithographie usw. verwendet. Dieser Artikel befasst sich mit der Anwendung von Lanthanboridkathoden und Lanthanboridbeschichtungen in Elektronenmikroskopen anhand eines erfolgreichen Beispiels.

Abbildung 1 Lanthanhexaborid-Sputter-Targets

Merkmale und Verwendung von LaB6-Sputter-Targets

-Eigenschaften

Lanthanhexaborid-Sputtertargets weisen ähnliche Merkmale wie LaB6-Keramik auf. Die lila-violette Keramik hat einen hohen Schmelzpunkt von 2483 K. LaB6 ist unlöslich in Wasser und Salzsäure. Mit einer Mohs-Härte von 9,5 ist es recht zäh. Aufgrund seiner niedrigen Austrittsarbeit von etwa 2,70 eV und seines hohen Elektronenemissionsvermögens kann LaB6 auch bei niedrigen Temperaturen hohe Ströme erzeugen. Das Material zeichnet sich auch durch seine geringe Verdampfungsrate aus.

-Verwendung

Dank dieser wünschenswerten Eigenschaften wurde Lanthanhexaborid zum bevorzugten Material für Kathoden in Elektronenmikroskopen, Rasterelektronenmikroskopen (SEM) und in der Elektronenstrahllithographie. Hochreine Lanthanhexaborid-Sputtertargets können auch zur Herstellung von LaB6-Dünnfilmbeschichtungen verwendet werden. Dieses Hexaborid wird auch in vielen anderen Bereichen eingesetzt, z. B. in der Luft- und Raumfahrt, der Elektronik, der Röntgenpulverdiffraktometrie und vor allem als Kathodenmaterial für Elektronenmikroskope.

Weiterführende Lektüre: Eigenschaften und Anwendungen von LaB6-Filamenten

LaB6-Kathoden im Vergleich zu Wolframkathoden

-Was sind LaB6-Kathoden?

Elektronenquellen sind für Elektronenmikroskope von großer Bedeutung. Für die Leistung des Elektronenmikroskops ist ein Detektorsystem erforderlich. Das gesamte optische System besteht aus einer Kathode und einer oder zwei Anoden. Außerdem gibt es dazwischen relativ große Zwischenräume. Der vollständige Aufbau eines Detektorsystems ist in der folgenden Abbildung 2 dargestellt.

• Die Kathode dient als Elektronenquelle. Lanthanhexaborid ist eine ideale Option für die Herstellung solcher Kathoden. Die Beschichtung der Kathoden mit LaB6-Dünnschichten funktioniert ebenfalls.
• Die Anode wird so eingestellt, dass sie Elektronen anzieht und sie weiterleitet.
• Während des Prozesses treten die Elektronen aus der festen Oberfläche der Kathoden aus, sobald sie durch Erhitzen genügend Energie erhalten. Danach werden sie beschleunigt.

Abbildung 2 Aufbau von Lanthanhexaborid-Kathoden

-- LaB6-Kathoden im Vergleich zu Wolframkathoden

Eine Reihe von Materialien wie Lanthanhexaborid, Cerhexaborid und Wolfram werden zur Herstellung von Kathoden oder Kathodenbeschichtungen für bessere Elektronenquellen verwendet. LaB6 hat jedoch die folgenden Vorteile gegenüber anderen Kathodenmaterialien. Hier vergleichen wir LaB6-Kathoden mit Wolfram-Kathoden.

Wolfram:

• Wolfram hat eine kürzere Lebensdauer, weil es verdampft und schließlich zerbricht.
• Wolframkathoden werden für optische Geräte nicht empfohlen. Sie kann unter Hochtemperaturbedingungen zu geringer Helligkeit und schlechter Bildqualität führen.

Lanthanhexaborid:

• LaB6-Kathoden haben eine längere Lebensdauer, da sie weniger anfällig für Verdampfung sind.
• LaB6 hat eine höhere Helligkeit, da sie niedrigere Temperaturen benötigen, um Elektronen zu emittieren. Diese Hexaboridkathoden sind etwa 10-mal "heller" als Wolframkathoden.

Lanthanhexaborid ist dem Wolfram als Kathodenmaterial in verschiedener Hinsicht überlegen. Sein einziger Nachteil könnte sein, dass es teurer ist als Wolfram. Das hindert LaB6 jedoch nicht daran, ein beliebtes Kathodenmaterial für Elektronenmikroskope zu werden.

Fallstudie: LaB6-Kathoden in Elektronenmikroskopen

--Die Herausforderung

Stanford Advanced Materials (SAM) liefert seit mehreren Jahren hochwertige Materialien für Labors. Vor kurzem bat uns ein deutscher Kunde um einige Lanthanhexaborid-Sputtertargets für optische Projekte. Er ist ein Forscher, der sich auf die Herstellung von selbst hergestellten optischen Komponenten wie Lasergeräten und Elektronenmikroskopen spezialisiert hat. Er versuchte, ein Detektorsystem zu bauen, das Kathodolumineszenz und Photolumineszenz messen kann (siehe Abbildung 3). Er beschloss, Lanthanhexaborid anstelle von Wolfram als neuartige Elektronenquelle zu verwenden.

Abbildung 3 Das Detektorsystem

--Die Lösung

SAM freut sich sehr, seine Kunden bei der Durchführung ihrer wissenschaftlichen Studien unterstützen zu können. Wir freuen uns auch, mehr über diese Projekte und optischen Instrumente zu erfahren.

Dieses Mal stellte uns unser Kunde seine Projekte vor und bat um ein Stück LaB6-Sputter-Target. Die Abmessungen waren 1" Durchmesser und 2-3 mm Dicke, und die Reinheit betrug 99,5 %. Er fügte auch ein Bild des Elektronenmikroskops in seinem Projekt in E-Mails bei (siehe Abbildung 4). Schließlich verliefen seine Projekte mit dem von uns gelieferten LaB6-Target gut.

Abbildung 4: Das Rasterelektronenmikroskop unseres Kunden

--Die Ergebnisse

Unser Kunde gewann Lanthanhexaborid-Material, und er stellte fest, dass diese Sputtertargets zusätzliche Vorteile haben. Der Forscher behauptete Folgendes.

• Aufgrund der geringen Austrittsarbeit von LaB6 kann ein billigerer Laser verwendet werden, da andere Beschichtungsmaterialien mehrere nichtlineare Prozesse erfordern.
• Im Vergleich zu anderen Materialien mit niedriger Austrittsarbeit ist die Degradation der LaB6-Beschichtung eher gering, was eine einfachere Handhabung und Umwandlung ermöglicht.

Schlussfolgerung

Lanthanhexaborid hat zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Materialien, wenn es zur Herstellung von Kathoden oder Kathodenbeschichtungen für Elektronenmikroskope verwendet wird. Stanford Advanced Material ist ein führender Anbieter einer Vielzahl von Keramiken, Chemikalien, Magneten, Metallen und Legierungen. Schicken Sie uns eine Anfrage, wenn Sie an Lanthanhexaborid oder anderen modernen Materialien interessiert sind. Sie können auch unsere Homepage für weitere Informationen besuchen.