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Zurzeit finden in den TESCAN Rasterelektronenmikroskopen zwei unterschiedliche thermische Elektronenstrahlquellen Verwendung. Der Aufbau der Elektronenquelle ist davon abhängig, wie freie Elektronen erzeugt werden.
Das Besondere an Metallen ist, dass die äußeren Valenzelektronen nicht fest an einem bestimmten Atom lokalisiert sind, sondern als sog. „Elektronengas“ zwischen den Metallatomen frei beweglich sind, wodurch Sie unter anderem für die elektrische Leitfähigkeit von Metallen verantwortlich sind. Diese Eigenschaft macht man sich zunutze, um einen Elektronenstrahl zu erzeugen. Damit die freien Elektronen aus der Metalloberfläche in das Vakuum übertreten, ist eine Wärmezufuhr notwendig. Diese Energie muss mindestens so groß, wie die Austrittsarbeit der Elektronen sein. Nachfolgend soll die thermische Strahlerzeugung mittels Wolfram-Haarnadel- und Feldemissions-Kathode beschrieben werden.