应用于聚焦电子束的高亮度大尺寸石墨烯涂覆的冷场点发射源

本文摘要：章节电子显微镜和光刻技术的冷场升空源不存在几个长期存在的问题，例如它们固有的超高真空条件拒绝，电流稳定性比较较好以及升空波动慢，因此它们无法被普遍用于。本文明确提出了一种冷场升空电子源解决了这些问题，主要是基于用于石墨烯涂覆在镍针上的一种新型冷场点升空源。 可行性实验指出它可以获取比较较小的尖端直径（微米尺寸）的平稳升空，可以在低真空条件下工作，并且具备超低功函数值为1.10±0.07eV。

章节电子显微镜和光刻技术的冷场升空源不存在几个长期存在的问题，例如它们固有的超高真空条件拒绝，电流稳定性比较较好以及升空波动慢，因此它们无法被普遍用于。本文明确提出了一种冷场升空电子源解决了这些问题，主要是基于用于石墨烯涂覆在镍针上的一种新型冷场点升空源。

可行性实验指出它可以获取比较较小的尖端直径（微米尺寸）的平稳升空，可以在低真空条件下工作，并且具备超低功函数值为1.10±0.07eV。对于170nm的阴极尖端半径，其估算的亮度减少值为1.46×109Am-2sr-1V-1，并且对于260nm至500nm的尖端半径范围，测量的电子能量散播范围为0.246eV至0.420eV，这与最先进设备的常规冷场升空源性能非常。

成果概述3月29日，Nat.Commun.在线公开发表为题“应用于探讨电子束的高亮度大尺寸石墨烯涂覆的冷场点升空源”(Ahigh-brightnesslarge-diametergraphenecoatedpointcathodefieldemissionelectronsource)的研究论文，通讯作者为新加坡国立大学电气与计算机工程系AnjamKhursheed教授。本文亮点：发展了基于石墨烯涂覆的一种新型的冷场电子点升空源，不具备1）大尺寸（微米尺寸），2）超低功函数，3）高亮度，4）电子能量散播小。

有效地的解决问题了电子显微镜和光刻技术的冷场升空源的无法广泛应用的几个难题，例如超高真空条件，电流稳定性以及升空波动慢。图文简介图1.石墨烯-镍冷场电子升空源的扫描电镜图像(a)石墨烯-镍冷场发射点电子源的生产示意图；(b)在较低缩放倍数下从电化学转印的镍尖端的扫描电镜图像；(c,d,e,f)有所不同阴极半径的石墨烯-镍冷场电子点升空源；(g)石墨烯-镍冷场电子点升空源结构外侧表面的扫描电镜图像。图2.石墨烯-镍冷场电子升空源的密切相关(a)EDS图；(b)Raman密切相关；(c)SAED；(d)表面晶格结构的HRTEM图；(e)侧面边缘结构的HRTEM图。

图3.场发射性能(a)升空电流与产生电压关系曲线；(b)角电流密度与产生电压关系曲线；(c)FNplot。图4.电子光学密切相关(a)与其它最先进设备的冷场电子源的亮度较为；(b)针尖处电场强度较为；(c)短期电流稳定性；(d)长年电流稳定性；(e)Powerspectrum分析。

图5.电子能量产于(a)石墨烯-镍冷场电子点升空源的能量散播测量；(b)电子能量产于与升空电流，阴极尺寸的关系；(c)亮度与电子能量产于的关系。未来发展这些结果奠定了将它们用于电子显微镜和光刻应用于的高亮度高分辨率电子源的有期望的前景，其性能类似于传统的单晶钨阴极冷场电子升空源，同时具备更佳的升空稳定性和更加较低的真空拒绝。未来必须研发需要容纳石墨烯-镍电子点升空源的电子枪结构，其中电子源与光轴准确对准并且在升空之后必要加快以防止库仑相互作用，这将沦为未来研究的主题。

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