JEM2100F透射电镜系统解析
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建议：在离子泵真空差时进行烘烤，烘烤时间要 大于2 天。
4. JEM-2100真空图
• PI1表示为镜筒的PIRANI规， PI2表示为电子枪的PIRAN 规，PI3表示为照相室的 PIRANI规，PI4表示为样品室 的PIRANI规，PI5表示为预抽 罐的PIRANI规。PEG表示为潘 宁规
• RP表示旋转机械泵，RT表示 预抽罐，DP表示扩散泵，SIP 表示溅射离子泵
第二章. 高压系统
• 高压READY条件 • 灯丝READY条件 • Beam Current解析 • 偏压Bias解析
1. 高压Hale Waihona Puke BaiduEADY条件
• 真空READY：SIP启动，并抽镜筒与电子枪的真空（即 连通镜筒与电子枪的阀门V4要打开）且真空指示进入104Pa。但要求低于1X 10-4Pa时，才可以加高压。
• BEAM CURRENT=DARK CURRENT（暗电流）＋ EMISSION CURRENT（发射电流）
• 暗电流是加上高压但未打开灯丝加热电流时的电流，一 定程度反映出高压的稳定度，不同的高压对应不同的暗 电流（参见出厂的参数INSPECTION CERTIFICATE）。一定的高压，暗电流过高或过低都是 不正常的，直接反应出电子束不稳定。
JEM-2100培训资料
第一篇 透射电镜系 统解析
系统解析分类
• 真空系统 • 高压系统 • 电子光学系统 • 特殊功能应用
第一章 真空系统
• 机械泵解析 • 扩散泵解析 • 离子泵解析 • 抽真空时序解析 • 真空规解析
1. 机械泵解析
• 工作过程： 吸气—压缩—排 气。
• 机械泵油起润滑，密封和堵 塞缝隙的作用。
• 离子泵的寿命：由于离子轰击钛阴极板并且不断溅射， 理论上钛板被溅射完毕时泵的寿命才算终结。但事实上 因钛阴极溅射主要出现在对着阳极筒的中心区域，长期 使用会出现这个区域穿孔，寿命就已完结。
• 离子泵烘烤：由于泵体暴露于大气及吸附大量的水汽， 或长期使用后使泵体吸附气体分子增多影响泵的启动及 抽速和极限压强。烘烤使泵体上易脱附的气体分子脱附 （烘烤时通常把离子泵与前级泵相连，抽走脱附的气体 分子），这样使得离子泵恢复青春。
• V1－－－V21表示阀门，除了 V17，其它阀门和绿芯为 OPEN状态，黑心为CLOSE状 态。V17状态与其他相反。
• 开机 V17关闭 30秒后V13打开 系统进入20分钟DP电 炉加热到预定温度以及预抽RT (P5)的状态。
• 20分钟后系统进入自动抽真空，当P1,P2,P3,P4值从250到 170之间为RP预抽，进入170为DP预抽。
• PENING规（潘宁规）：
1). 根据潘宁放电(加上正交电磁场的磁约束放电)现象来检 测真空的规计。 2). 潘宁放电现象：在正交电磁场下气体分子电离产生的离 子质量远大于电子，故不受磁场的约束达到阴极消失且不 引起空间电荷。放电电子受磁场的约束在阳极附近相当长 的时间，在与气体分子不断碰撞并产生离子。 3). 故潘宁规通过测定放电电流来计算真空的。
• 扩散泵不能单独使用，一般采用机 械泵为前级泵，以满足出口压强 (最大40Pa)，如果出口压强高于规 定值，抽气作用就会停止。
1. 水冷套； 2. 喷油嘴； 3. 导流管；
4. 泵壳； 5. 加热器
3. 离子泵(溅射离子泵)解析
• 工作过程：气体分子电离－潘宁 放电－离子轰击钛溅射－化学吸 附及掩埋吸附分子
• 开电关子)枪的SF6气体压力不能低于0.28MPa(此处有压力检测 • 高压电缆处的位置检测开关应处于合并状态。
2. 灯丝READY条件
• 高压READY,且高压ON • 样品杆插入测角台 • 照相室真空READY（照相室与镜筒的隔离阀V2为
OPEN） • LENS ON
3. BEAM CURRENT解析
• 机械泵不工作时，应使进气 口处于大气状态，以防止返 油。
• 由于极限压强较高， 常用做 前级泵(预抽泵)。
旋转机械泵剖面图
2. 扩散泵解析
• 工作过程：油蒸发—喷射—凝结， 重复循环
• 由于射流具有工作过程高流速(约 200米/秒)、高密度、高分子量 (300—500)，故能有效地带走气体 分子。
• 当PEG低于5X10-3Pa时SIP启动。
• 当P1,P2,P3,P4值低于35时，说明系统进入READY状态（高 真空时PIRANI值设为25）
5. 真空规解析
• PIRANI规（皮拉尼规）： 1). 它是利用热传导原理来工作的。 2). 把在常温下相同的电阻丝分别装在待测的 PIRANI管中，和用高真空密封的闭口管中。利 用这两个电阻丝建立平衡电路。当待测体为高 真空时，电路处于平衡状态，平衡电流设定为 25uA。当待测体为大气状态时，电路处于不平 衡状态，平衡电流设定为250uA。 3). 所以PIRANI规存在两个工作点，有时我们要 进行校正。（校正方法见第二篇）
• 发射电流为打开灯丝加热电流，并从灯丝处发射出电子 形成的电流。通过调整偏压来获得发射量。（请不要随 意调整灯丝加热电流限定位置，以防止加热过高导致灯 丝损害）
3. 偏压BIAS解析
• 简单的说，BIAS的作用是抑制电子束的发射。 • 所以通过调整BIAS，就可以得到所要的发射量。对于JEM-
2100 BIAS的指示值越大，其BIAS的电压绝对值越小，抑 制能力越差，电子束发射量越大。
第三章. 电子光学系统
• LENS系统 • 偏转(Deflection)系统
1. LENS系统
• LENS系统的参数在电镜出厂前已被厂家设定，具体参见 “INSPECTION CERTIFICATE”,但是CL（聚光镜），OL （物镜），INT1（第一中间镜）参数在一定条件下可以改 变的，但有一个范围。
• 由于使气体分子电离并在阴极钛 板上形成溅射并提供活性的钛金 属进行1).化学吸附2).掩埋吸附在 阳极筒吸附分子以及阴极的边角 部分的惰性气体分子，故吸收气 体分子。
• 离子泵一般采用扩散泵作为前级 泵来提供10-3Pa的启动压强。且 一旦进入正常工作压强，离子泵 应与前级泵隔开。
• 离子泵的氩不稳定性：溅射离子泵在排除氩等惰性气体 原子时，真空系统内的压强会脉冲式上升，然后下降。
4. JEM-2100真空图
• PI1表示为镜筒的PIRANI规， PI2表示为电子枪的PIRAN 规，PI3表示为照相室的 PIRANI规，PI4表示为样品室 的PIRANI规，PI5表示为预抽 罐的PIRANI规。PEG表示为潘 宁规
• RP表示旋转机械泵，RT表示 预抽罐，DP表示扩散泵，SIP 表示溅射离子泵
第二章. 高压系统
• 高压READY条件 • 灯丝READY条件 • Beam Current解析 • 偏压Bias解析
1. 高压Hale Waihona Puke BaiduEADY条件
• 真空READY：SIP启动，并抽镜筒与电子枪的真空（即 连通镜筒与电子枪的阀门V4要打开）且真空指示进入104Pa。但要求低于1X 10-4Pa时，才可以加高压。
• BEAM CURRENT=DARK CURRENT（暗电流）＋ EMISSION CURRENT（发射电流）
• 暗电流是加上高压但未打开灯丝加热电流时的电流，一 定程度反映出高压的稳定度，不同的高压对应不同的暗 电流（参见出厂的参数INSPECTION CERTIFICATE）。一定的高压，暗电流过高或过低都是 不正常的，直接反应出电子束不稳定。
JEM-2100培训资料
第一篇 透射电镜系 统解析
系统解析分类
• 真空系统 • 高压系统 • 电子光学系统 • 特殊功能应用
第一章 真空系统
• 机械泵解析 • 扩散泵解析 • 离子泵解析 • 抽真空时序解析 • 真空规解析
1. 机械泵解析
• 工作过程： 吸气—压缩—排 气。
• 机械泵油起润滑，密封和堵 塞缝隙的作用。
• 离子泵的寿命：由于离子轰击钛阴极板并且不断溅射， 理论上钛板被溅射完毕时泵的寿命才算终结。但事实上 因钛阴极溅射主要出现在对着阳极筒的中心区域，长期 使用会出现这个区域穿孔，寿命就已完结。
• 离子泵烘烤：由于泵体暴露于大气及吸附大量的水汽， 或长期使用后使泵体吸附气体分子增多影响泵的启动及 抽速和极限压强。烘烤使泵体上易脱附的气体分子脱附 （烘烤时通常把离子泵与前级泵相连，抽走脱附的气体 分子），这样使得离子泵恢复青春。
• V1－－－V21表示阀门，除了 V17，其它阀门和绿芯为 OPEN状态，黑心为CLOSE状 态。V17状态与其他相反。
• 开机 V17关闭 30秒后V13打开 系统进入20分钟DP电 炉加热到预定温度以及预抽RT (P5)的状态。
• 20分钟后系统进入自动抽真空，当P1,P2,P3,P4值从250到 170之间为RP预抽，进入170为DP预抽。
• PENING规（潘宁规）：
1). 根据潘宁放电(加上正交电磁场的磁约束放电)现象来检 测真空的规计。 2). 潘宁放电现象：在正交电磁场下气体分子电离产生的离 子质量远大于电子，故不受磁场的约束达到阴极消失且不 引起空间电荷。放电电子受磁场的约束在阳极附近相当长 的时间，在与气体分子不断碰撞并产生离子。 3). 故潘宁规通过测定放电电流来计算真空的。
• 扩散泵不能单独使用，一般采用机 械泵为前级泵，以满足出口压强 (最大40Pa)，如果出口压强高于规 定值，抽气作用就会停止。
1. 水冷套； 2. 喷油嘴； 3. 导流管；
4. 泵壳； 5. 加热器
3. 离子泵(溅射离子泵)解析
• 工作过程：气体分子电离－潘宁 放电－离子轰击钛溅射－化学吸 附及掩埋吸附分子
• 开电关子)枪的SF6气体压力不能低于0.28MPa(此处有压力检测 • 高压电缆处的位置检测开关应处于合并状态。
2. 灯丝READY条件
• 高压READY,且高压ON • 样品杆插入测角台 • 照相室真空READY（照相室与镜筒的隔离阀V2为
OPEN） • LENS ON
3. BEAM CURRENT解析
• 机械泵不工作时，应使进气 口处于大气状态，以防止返 油。
• 由于极限压强较高， 常用做 前级泵(预抽泵)。
旋转机械泵剖面图
2. 扩散泵解析
• 工作过程：油蒸发—喷射—凝结， 重复循环
• 由于射流具有工作过程高流速(约 200米/秒)、高密度、高分子量 (300—500)，故能有效地带走气体 分子。
• 当PEG低于5X10-3Pa时SIP启动。
• 当P1,P2,P3,P4值低于35时，说明系统进入READY状态（高 真空时PIRANI值设为25）
5. 真空规解析
• PIRANI规（皮拉尼规）： 1). 它是利用热传导原理来工作的。 2). 把在常温下相同的电阻丝分别装在待测的 PIRANI管中，和用高真空密封的闭口管中。利 用这两个电阻丝建立平衡电路。当待测体为高 真空时，电路处于平衡状态，平衡电流设定为 25uA。当待测体为大气状态时，电路处于不平 衡状态，平衡电流设定为250uA。 3). 所以PIRANI规存在两个工作点，有时我们要 进行校正。（校正方法见第二篇）
• 发射电流为打开灯丝加热电流，并从灯丝处发射出电子 形成的电流。通过调整偏压来获得发射量。（请不要随 意调整灯丝加热电流限定位置，以防止加热过高导致灯 丝损害）
3. 偏压BIAS解析
• 简单的说，BIAS的作用是抑制电子束的发射。 • 所以通过调整BIAS，就可以得到所要的发射量。对于JEM-
2100 BIAS的指示值越大，其BIAS的电压绝对值越小，抑 制能力越差，电子束发射量越大。
第三章. 电子光学系统
• LENS系统 • 偏转(Deflection)系统
1. LENS系统
• LENS系统的参数在电镜出厂前已被厂家设定，具体参见 “INSPECTION CERTIFICATE”,但是CL（聚光镜），OL （物镜），INT1（第一中间镜）参数在一定条件下可以改 变的，但有一个范围。
• 由于使气体分子电离并在阴极钛 板上形成溅射并提供活性的钛金 属进行1).化学吸附2).掩埋吸附在 阳极筒吸附分子以及阴极的边角 部分的惰性气体分子，故吸收气 体分子。
• 离子泵一般采用扩散泵作为前级 泵来提供10-3Pa的启动压强。且 一旦进入正常工作压强，离子泵 应与前级泵隔开。
• 离子泵的氩不稳定性：溅射离子泵在排除氩等惰性气体 原子时，真空系统内的压强会脉冲式上升，然后下降。