Strahlerzeugung und Grundlagen der Elektronenoptik (Teil 1-2)

Question 1

Grundlegende Prozesse in der Gun (Quelle)

Answer 1

1) Glühemission
Austreten von Elektronen aus heißem (Wolfram)Glühdraht

2) Anlegen einer Spannung für Stromdichte S
- -> Draht als Kathode
- -> Elektrisches Feld über Lochblende als Anode

3) Gewinn an kinetischer Energie im el. Feld E
4) Spannung U zwischen 1 000 und 12 500 000 V

Question 2

Formel

Stomdichte S

Answer 2

S = Cr * T² * (ϕ/(k*T)

Cr = Materialkonstante
k = Boltzmann-Konstante
ϕ = Austrittsarbeit [eV]

S = [A/m²]

Question 3

Formel

kinetische Energie

Answer 3

Ekin = e * U

Ekin = 1/2 * m0 * V²

Question 4

Korrektur der Berechnungen wegen hohen Geschwindigkeiten der Elektronen?

Answer 4

• relative Massenzunahme der schnellen Elektronen

m/m0 -> bestimmt auch Geschwindigkeit

Question 5

wann muss man relativistische Effekte NICHT berücksichtigen?

Answer 5

wenn Ekin &laquo_space;Ruheenergie E0 des Elektrons

wenn E ≈ E0 relativistisch muss berücksichtigt werden!

Question 6

Formel

De Broglie Wellenlänge
(Welle-Teilchen-Dualismus)

Formel P

was wenn U groß?

Answer 6

λ = h/P

h = Planck Konstante
P = Impuls

mit nicht-relativistisch:
P = WURZEL( 2 * m0 * e * U )

• > je größer U, desto höher Abweichung (zugroß) zum relativistischen Fall
• > je größer U, desto kleiner WW

Question 7

ElektronenQuellen

Röntgenröhren

Answer 7

Röhrendiode (eben als Prozess vorgestellt)

Röhrentriode

• > Änderung der Stromstärke über negative Vorspannung in zwischenGitter
• > Gitter als Signalverstärker (gleich geladen wie Kathode)

Question 8

Thermische Elektronenquelle

mit Wehnelt-Zylinder

(Abbildung)

Answer 8

Anodenblech mit Durchlass

Gitter durch Wehnelt-Zylinder ersetzt

• > Nur begrenzte Zahl der Raumladungszone durchgelassen
• > laufen dort zusammen und werden beschleunigt
• > wie elektrostatische Linse

Question 9

Regelung Emissionsstrom

mit Wehnelt-Zylinder

wie
was passiert mit Strahl

Answer 9

Wenn Vorspannung verringert wird,
geht el. Feld um Wehnelt Zylinder zurück
und lässt mehr elektronen aus Raumladungszone um Kathode durch

-> Intensität nimmt zu

-> Raumwinkelgröße nimmt zu (Energieverbreiterung!)
aber -> kleine virtuelle Elektronenquelle für Raster erforderlich
-> niedrigere laterale Auflösung :(

Question 10

FEG =..

Austreten von
Teilchen und elektronen
aus dem Kathodenmaterial

Answer 10

FEG = Feldemissionsquellen

Teilchen:
mit mittl. therm. Energie unterhalb Austrittsarbeit
-> austreten unmöglich

Elektronen über Tunneleffekt:

• kalter Feldemitter (CFEG) = durch starkes äußeres Feld
• SCHOTTKY-FEG = Temp. erhöht und ZrO2 belegt, um Austrittsarbeit zu erniedrigen

Question 11

Vorteile SCHOTTKY-FEG

Answer 11

stabiler Strahlstrom
WartungsUNempfindlicher -> Selbstreinigungseffekt

FEG können größere Strahlströme auf kleinere Bereiche fokussieren als z.B. normale Wolframkathode

Question 12

Aufbau

FEG

Answer 12

Elektronenemitter
Elektronenextraktor
Elektronenbeschleuniger
Gun-lens -> regelt strahlstrom und Sondengröße

Question 13

Brightness bzw Richtstrahlwert β

Answer 13

wie viele Elektronen pro sekunde auf eine bestimmte Fläche treffen
= Signalstärke!

β = S / (pi * alpha²)

S = Stromdichte
alpha = Konvergenzhalbwinkel

Question 14

Richtstrahlwert β

beeinflusst

Answer 14

Strahlstrom (viel größer als z.B. mit Wolfram)
Sondengröße

und damit Signalintensität