SEM-afbeelding van de op LaB6 op nanodraad gebaseerde elektronenbron. Een afbeelding met atomaire resolutie van enkellaags grafeen, genomen door een TEM die is uitgerust met deze elektronenbron, wordt weergegeven in de omkaderde afbeelding rechtsboven. Krediet: Koji Kimoto Nationaal Instituut voor Materiaalkunde
Het National Institute for Materials Science (NIMS) en JEOL, Ltd. hebben een lanthaanhexaboride (LaB6) op nanodraad gebaseerd veldemissiekanon dat kan worden geïnstalleerd op een aberratie-gecorrigeerde transmissie-elektronenmicroscoop (TEM). Deze gecombineerde eenheid is in staat waarnemingen met atomaire resolutie uit te voeren bij een energieresolutie van 0,2 eV – de hoogste resolutie die ooit is geregistreerd voor niet-monochromatische elektronenkanonnen – met een hoge stroomstabiliteit van 0,4%.
Er zijn al meer dan 20 jaar mislukte pogingen gedaan om veldemissiepistolen te ontwikkelen met theoretisch hoogwaardige nanomaterialen. Het is een uitdaging gebleken om een op nanodraad gebaseerd veldemissiekanon te integreren in een elektronenmicroscoop zonder de fysieke eigenschappen, zoals levens en stabiliteit, te ondermijnen. Om deze reden zijn in de handel verkrijgbare veldemissiepistolen nog steeds uitgerust met wolfraamnaalden die meer dan een halve eeuw geleden zijn ontwikkeld.
Dit NIMS-JEOL-onderzoeksteam (1) ontwikkelde technieken voor het chemisch synthetiseren en kweken van zeer zuivere monokristallijne nanodraden van LaB6, bekend als een uitstekend elektronen-emitterend heet kathodemateriaal, (2) ontwierp een elektronenbronmechanisme dat in staat is om efficiënt elektronen uit te zenden en (3) ontwikkelde technieken om een enkele nanodraad te extraheren en te integreren in een geoptimaliseerde elektronenbronstructuur.
Het lab6 op nanodraad gebaseerde elektronenbron heeft een aantal voordelen: relatief gematigde vereisten voor vacuümcondities, zeer hoge stroomstabiliteit, lage extractiespanning, smalle energieverdelingsbreedte van de elektronenbundel en hoge helderheid. Deze elektronenbron kan van toepassing zijn op de ontwikkeling van veldemissie-elektronenmicroscopen van de volgende generatie met een hogere ruimtelijke en energieresolutie – potentieel waardevolle hulpmiddelen in de halfgeleider- en medische sector.
Het onderzoek is gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie.
-
Vergelijking van de elektronenbundel-energieverdelingen van de op LaB6 op nanodraad gebaseerde elektronenbron (blauw), de conventionele wolfraamveldemissie-elektronenbron (rood) en de conventionele Schottky-elektronenbron (grijs). Krediet: Koji Kimoto Nationaal Instituut voor Materiaalkunde
-
Vergelijking van de ruisverhoudingen van de op LaB6 op nanodraad gebaseerde elektronenbron (blauw) en de conventionele wolfraamveldemissie-elektronenbron (rood). Krediet: Koji Kimoto Nationaal Instituut voor Materiaalkunde
Han Zhang et al, High-endurance micro-engineered LaB6 nanodraad elektronenbron voor hoge resolutie elektronenmicroscopie, Natuur Nanotechnologie (2021). DOI: 10.1038/s41565-021-00999-w
Natuur Nanotechnologie
Geleverd door National Institute for Materials Science
