Le sorgenti di elettroni: differenze tra emissione di campo a catodo freddo ed emissione di campo a catodo caldo

Nonostante il funzionamento sia del tutto identico, le sorgenti ad emissione di campo si distinguono per la loro temperatura di esercizio: esistono infatti sorgenti ad emissione di campo che lavorano a temperatura ambiente ed altre che, invece, vengono riscaldate ad una temperatura prossima ai 1700 gradi Kelvin. Si parla di emissione di campo fredda o a catodo freddo per le prime e di emissione di campo calda, a catodo caldo o sorgenti ad emissione di campo di tipo Schottky nel caso delle seconde.

Come già accennato, un requisito fondamentale per la buona conservazione e l’ottimo rendimento di una sorgente ad emissione di campo è il tenore di vuoto da mantenere all’interno dell’intera colonna elettron-ottica. Di fatto, migliore è il tenore di vuoto e maggiore è l’intervallo di tempo necessario perché la punta della sorgente si contamini: conseguentemente, maggiore è la durata della sorgente stessa.

Le sorgenti a catodo freddo sono caratterizzate da elevatissime coerenze spaziali e cromatiche; tuttavia, sono più soggette a contaminazione superficiale e, perciò,  richiedono tenori di vuoto maggiori rispetto alle sorgenti a catodo caldo e periodici cicli di “pulizia”, consistenti in rapide inversioni di tensione applicata alla punta, combinate o alternate a brevi riscaldamenti fino a 5000 gradi Kelvin, necessari ad evaporare lo strato di contaminanti depositatosi sulla punta.

Le sorgenti di tipo Schottky differiscono da quelle a catodo freddo per il trattamento superficiale della punta del catodo di tungsteno. Infatti, in questo caso, la punta viene ricoperta con un sottile strato di ossido di zirconio, così da migliorare la stabilità dell’emissione e consentire il riscaldamento costante della punta, mantenendola pulita per più tempo anche in condizioni di vuoto lievemente peggiori rispetto a quelle adottate per sorgenti a catodo freddo.

Sebbene le prestazioni delle sorgenti di tipo Schottky siano leggermente inferiori rispetto a quelle delle sorgenti a catodo freddo, la possibilità di mantenerle in condizioni ottimali per più tempo, senza interventi di pulizia ed a tenori di vuoto più facilmente raggiungibili, ha contribuito ad una loro più ampia diffusione.

Sorgenti ad emissione di campo di tipo Schottky vengono impiegate con successo anche nei microscopi elettronici a trasmissione compatti di Delong Instruments, di cui Media System Lab è collaboratore e distributore ufficiale per il mercato italiano.

Foto ottenuta al SEM di una punta di una sorgente a emissione di campo. (Williams D.B. and Carter C.B., Transmission Electron Microscopy: A Text Book for Materials Science,2nd edition, Springer)

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