CN102629538A - 具有低逸出功和高化学稳定性的电极材料 - Google Patents

具有低逸出功和高化学稳定性的电极材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电极材料。此电极材料易于电子注射且不会和接触物质反应。此电极材料的结构包括一个导电的化合物基材，以及覆设在这个化合物基材表面的氧化物电子发射层。本发明的氧化物电子发射层能够与作为发射基体的化合物基材牢固结合，且具有低逸出功和高化学稳定性。

Description

具有低逸出功和高化学稳定性的电极材料
技术领域
本发明涉及一种电极材料。
背景技术
使用聚焦电子束的仪器包括成像仪器，比如扫瞄电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）；制造仪器比如电子束刻蚀机器（EBL）以及化学分析仪器比如能量漫散X射线能谱仪，电子能量损失能谱仪（EELS），和俄歇电子能谱仪。为了实现更高的性能，这些仪器需要配备一个亮度更高并且电子束能量发散更窄的电子源。关于亮度的要求是为了让分析仪器实现更高的信噪比以及让刻蚀机器实现更高的产出率；对于窄能量发散的要求是为了让电磁透镜能更好的聚焦，因为就现在的透镜生产水平而言，一定的色差是无法避免的。一个电子源的亮度和能量发散既取决于电子源材料种类又取决于电子束的产生方式。
为了让电子能从电子源（发射体）表面发射出来，我们需要给予束缚的电子足够的能量去克服发射体表面和真空之间存在的能量壁垒。此能量壁垒的高度被定义为发射体材料的逸出功。如果加热被用来激发束缚电子去克服这个壁垒，这种发射模式被称为热发射，这种电子源被称为热电子源。当发射体材料的逸出功较低的时候，则需要较低的温度来实现同样程度的热激发。这样就能同时提高发射的亮度和降低能量发散。典型的低逸出功热发射材料包括周期表中第二，第三，第四族元素的硼化物，碳化物和氧化物。当加热到同样的温度的时候，这些低逸出功材料相对于传统的热发射体材料钨（W）能发射出更高的电流密度，因为钨（W）具有高的逸出功。当我们在这个发射体上相对于一个邻近的电极加一个负电压的时候，那个能量壁垒会因为肖特基效应随着电场强度的增强而降低。当加热仍用来激发电子的时候，壁垒高度的降低会帮助电子更容易的逃离发射体表面。这个发射模式被称为肖特基发射或者场增强型热发射。此发射体被称为肖特基发射体。当发射体材料为ZrO／W（逸出功约2.6电子伏）的时候，肖特基发射体比热发射体具有更高的亮度和更低的能量发散。当我们继续增加所加电场强度的时候，能量壁垒会变的如此之薄以至于束缚电子能够直接隧穿过壁垒从而进入真空，甚至不需要任何的热激发。此种发射模式被称为场发射，此种发射体被称为场发射体。由于不再需要高温（超过1800K）加热，在三种发射模式当中，场发射具有最高的亮度和最低的能量发散。在同样的电场强度下，发射体材料的逸出功越低，能量壁垒就越薄，电子隧穿就越容易。这就造成了相较于高逸出功的场发射体，低逸出功的场发射体具有更高的亮度和更低的能量发散。
对于一个实际应用的电子发射体来说，另一个重要的方面是它所发射的电子电流密度必须在一个长时间内能保持不变。波动的，衰减的或者渐增的电流都会增加应用它的仪器的设计和使用复杂性。一个使得发射电流变化的重要因素就是场发射体对于不完全真空之中存在的剩余气体分子的吸附。这些吸附的分子改变了表面的逸出功，从而改变了发射电流密度。对于一个热发射体来说，这个吸附效应不如对于低温场发射体来说那么重要。这是因为热发射过程中使用的高温能从发射体表面脱附任何吸附物从而保持住表面逸出功不变。对于低温场发射体来说，因为没有除去这些吸附物的机制，后果就是发射电流的波动和随时间的衰减。为了减轻来自于吸附物的影响，一个直观的方法就是创造更好的真空来减少剩余气体。但是，对于更高真空的要求会增高仪器的费用并且牺牲操作的方便性。
目前商业使用的场发射体是具有高逸出功（4.5电子伏）的钨（W）材料。当用于聚焦电子束仪器的时候，高逸出功制约了在一个可以接受的能量发散之下能达到的最高亮度。另外，我们知道钨（W）发射体会和真空里的主要是氢气的残余气体反应。它的衰减前平台期当真空不好于1×10 -10 托的时候通常短于30分钟；当真空不好于1×10 -12 托的时候短于5个小时。比较而言，在真空不好于1×10 -9 托的时候，肖特基发射体通常可以无衰减的发射电子。更短的平稳时期和更高的真空要求使得低温场发射体不像肖特基发射体那样受欢迎，尽管场发射体可以提供更高的亮度和更窄的能量发散。所以，特别需要设计出一个具有低逸出功和高表面惰性的可以在更差的真空环境里更长时间的稳定工作的低温场发射体材料。
普遍认为氧化物相对于它组成元素的金属来说化学惰性更大。但是，氧化物本身不能被用来做成低温场发射体，因为它们的导电性对于电子传输来说太低。一个低逸出功氧化物薄膜被覆在一个导电基板上的结构就可以足够好的传输电子来实现氧化物表面的低温场发射。为了造出一个稳定的结构，这个氧化物层必须很牢固的结合在导电基板上从而可以承受场发射过程中引出电压所产生的巨大静电力。氧化膜的震动或者剥落都会造成场发射电流的波动和衰减。通常，对于一种特定的基板材料，其只有一种或几种特定的晶面和一种特定的氧化物形成牢固的结合。所以，针状基板需要被做成一根沿着那个特定晶向的单晶，从而针尖的表面可以牢固的结合上一层氧化物薄膜。这样的结构同时具有汇聚束形状的优点，因为电子发射集中于那个特定的晶面，从而只有那个晶面具有低的逸出功。在往常的技术中，人们发现锆Zr的氧化物偏向性的结合在W的（100）表面，所以选择性的降低了W（100）面的逸出功。当一根顶端是（100）晶面的尖的W针被用作基板并且镀上ZrO的时候，一个具有低逸出功（2.6电子伏）的场发射体就做成了。（美国专利 3374386）一般认为，ZrO在W（100）表面形成稳定的薄膜的原因是基于Zr原子和W（100）面晶格结构的晶格尺寸匹配。进一步的结果显示W的氧化物还能够在W（110）面和（112）面之上形成薄膜。当针尖被加热到一个足以保证W原子高迁移率的温度的时候，这个薄膜帮助了W原子堆积到以（100）或（111）作为轴向的针尖顶上去。这种堆积针尖比原来没有堆积之前的W针尖更加的惰性。（美国专利 3817592, 7888654 B2）在这两种情况下，W氧化物不是用来降低针尖顶面的表面逸出功。碱土氧化物，稀土氧化物，氧化钍，氧化铪都是稳定的化合物，而且比ZrO和W氧化物具有更低的逸出功。据所知的往常技术来看，没有一种基板材料和这些氧化物形成稳定的结合，以使我们可以基于这些氧化物做出一种既有更低的逸出功又有更高的表面惰性的场发射体。
关于制作一种具有凸起的顶点的针尖形貌，除了上文所述的堆积法以外，还有一个往常的技术（美国专利 7431856 B2）可以实现，那就是在施加一个电场的情况下，腐蚀气体会偏向于腐蚀针尖上面柱状的区域而不是顶点的区域，这种通过腐蚀来制作具有凸起顶点的针尖形貌的方法只跟针尖的形状有关，而与针尖材料的结晶性或者晶体取向无关。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种具有低逸出功和高化学稳定性的电极材料，包括能够导电的发射体和设置在所述发射体表面的电子发射层，其中，所述发射体由化合物基材制成，所述电子发射层的材质为氧化物薄膜。
所述化合物基材可以是板状、针状、柱状或块状等多种形状，该化合物基材具有可以和氧化物薄膜形成牢固结合的特定晶面。
根据本发明，所述化合物基材的材质选自金属硼化物、金属氮化物或金属碳化物，且其中的金属元素为钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、钍、钛、锆和铪中的一种或多种的组合。
优选地，所述金属硼化物可选自钙、锶、钡、钪、钇或镧系元素的单结晶六硼化物，且所述金属硼化物的结晶取向为晶格（100）、（110）或（111）方向。
优选地，所述金属碳化物可选自钍、钛、锆或铪的单结晶单碳化物，且所述金属碳化物的结晶取向为晶格（100）、（110）或（111）方向。
根据本发明，所述氧化物薄膜由金属氧化物构成，且所述氧化物薄膜中除氧元素以外的金属元素选自钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、钍、钛、锆和铪中的一种或多种的组合。
进一步地，所述化合物基材中的金属元素倾向于与所述氧化物薄膜中的金属元素组成相同，这样氧化物薄膜中除氧元素以外的组分元素可以直接由发射体自身提供，从而可省去另外的蒸发源或者蓄积源结构。
优选地，尤其当本发明电极材料用作电子束仪器的电子源时，发射体倾向于为针状，而氧化物薄膜层设置在该针状发射体的针尖位置。
进一步地，所述针状发射体的顶端形成垂直于所述针状发射体轴向的顶平台，所述氧化物薄膜层应至少覆盖住所述顶平台区域。该针状发射体的针尖应具有足够小的尺寸来产生场发射机制所需要的强电场，并且针尖的轴向应和一个特定的晶向平行，而垂直于这个晶向的晶面能够和氧化物薄膜形成牢固结合，此晶面就是顶平台所在晶面。
更进一步地，所述针状发射体的顶端形成轴向与所述发射体轴向平行或重合的顶圆柱，所述顶圆柱的顶面为垂直于所述发射体轴向的顶平台，所述氧化物薄膜至少覆盖住所述顶平台区域。顶圆柱的设置可以将高电场集中于顶平台，这种电场分布有利于将电子发射集中于顶平台区域，并减少顶平台周围邻近区域的物质向顶平台区的结构性堆积，因而能进一步提升电子发射的稳定性。
本发明的另一个目的是提供一种真空场致电子发射体，包括绝缘块、分别穿设于所述绝缘块上的两根金属柱、两端分别焊接在两根金属柱末端的一条灯丝，以及焊接在所述灯丝中部的针状基体；所述针状基体的顶部形成一个针尖，所述真空场致电子发射体还包括通过结合层设置在所述针状基体的针尖位置的柱形发射块，以及设置在所述柱形发射块顶部的电子发射层；所述柱形发射块具有柱面区，所述柱面区的顶边向着所述发射块的轴向向内收缩形成锥面区，所述锥面区的顶部形成垂直于所述发射块轴向的顶平台，所述电子发射层即设置在所述顶平台上；所述发射块由化合物基材制成，所述电子发射层的材质为氧化物薄膜。
优选地，所述发射块的材质选自金属硼化物、金属氮化物或金属碳化物，且其中的金属元素为钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、钍、钛、锆和铪中的一种或多种的组合。
优选地，所述氧化物薄膜由金属氧化物构成，所述氧化物薄膜中除氧元素以外的金属元素选自钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、钍、钛、锆和铪中的一种或多种的组合。
优选地，所述针状基体由高熔点导电材料制成，且所述高熔点导电材料选自碳、钨、铼、钽或钼。
优选地，所述结合层由碳、铂或钨元素构成。
优选地，所述发射块的锥面区上形成一个轴向与所述发射体轴向平行或重合的顶圆柱，所述顶圆柱的顶面为垂直于所述发射块轴向的顶平台。
本发明的第三个目的是提供一种在材质为金属六硼化物的针状或柱状发射体顶端制备顶圆柱的方法，包括如下步骤：
a、真空下，使所述发射体的顶端形成一个半球形表面，该半球形表面的顶端为（100）晶面；
b、在一定腐蚀气体的气压下，相对于所述发射体的一个邻近电极在所述发射体上施加正电压；
c、当所述半球形表面随着腐蚀气体的腐蚀，顶端的（100）晶面的腐蚀速度慢于其它晶面的腐蚀速度，而使得所述半球形表面形成垂直于所述发射体轴向的圆柱形时，撤除所加正电压和腐蚀气体，所述顶圆柱即已形成。
优选地，上述方法中所述的腐蚀气体为氧气、氮气或者水汽。
本发明的第四个目的是提供另一种真空场致电子发射体，它包括绝缘块、分别穿设于所述绝缘块上的两根金属柱、分别与所述两根金属柱的末端相焊接的两根灯丝、焊接在所述两根灯丝之间的两块石墨加热板，以及夹设在所述两块石墨加热板中间的块状基体；所述块状基体的中央向上凸起形成具有尖端的针状发射体，所述针状发射体的尖端位置形成垂直于所述针状发射体轴向的顶平台，所述真空场致电子发射体还包括设置在所述针状发射体顶端的电子发射层；所述针状发射体由化合物基材制成，所述电子发射层的材质为氧化物薄膜。
优选地，所述块状基体和所述针状发射体的材质选自金属硼化物、金属氮化物或金属碳化物，且其中的金属元素为钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、钍、钛、锆和铪中的一种或多种的组合。
优选地，所述氧化物薄膜由金属氧化物构成，且所述氧化物薄膜中除氧元素以外的金属元素选自钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、钍、钛、锆和铪中的一种或多种的组合。
本发明的第五个目的是提供一种在针状或柱状发射体的顶平台上设置氧化物薄膜层的方法，包括如下步骤：
a、在发射体的顶平台邻近表面设置氧化物；
b、真空下，相对于顶平台的一个邻近电极在所述发射体上施加电压，使氧化物扩散到顶平台上；
c、当顶平台被氧化物完全覆盖后，停止所加电压，所述氧化物薄膜层即已在发射体的顶平台上设置完成。
优选地，步骤a是通过在含氧气体中加热所述发射体来实现。
优选地，步骤a还可以通过利用薄膜沉积技术在顶平台的邻近表面沉积氧化物来实现。
优选地，步骤b中还伴随加热到一个使氧化物迁移率增加的温度，至步骤b完成停止加热。
优选地，上述方法在步骤c完成后还包括步骤d：把发射体加热到一个低于氧化物薄膜蒸发点的温度来实现氧化物薄膜层与顶平台的牢固结合。
优选地，步骤d还可以是如下的方法：在加热或不加热的情况下，使发射体在一段时间内保持在一定的含氧气体气压下以实现氧化物薄膜层与顶平台的牢固结合。
本发明的电极材料可用于能够提供电子的电子源，且该电极材料适于通过场发射形式来发射电子。
为增加上述电子材料发射电子的稳定性，该电极材料在运行时还伴随加热，但加热温度应低于能够使所述电极材料通过热发射形式发射电子的温度。
本发明的电极材料能够作为电子束仪器的真空电子源、有机或无机发光二极管的电子注射电极，以及有机或无机太阳能电池、有机或无机晶体管和电化学装置的阴极而应用。
所述的电子束仪器包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜、扫描透射电子显微镜、电子束刻蚀机器、能量漫散x射线能谱仪、电子能量损失能谱仪等。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明的电极材料在发射电子时具有更低的逸出功，同时氧化物薄膜层与发射体结合更牢固，化学稳定性更高。本发明真空场致电子发射体可以实现长时间高电流密度且保持电流密度不变化的电子发射。
附图说明
下面结合附图和具体的实施方式对本发明做进一步详细的说明：
图1为实施例1的真空场致电子发射体的整体结构图；
图2为图1中针尖的放大图；
图3为图2的俯视图；
图4为图2中顶平台的放大图；
图5为实施例2的真空场致电子发射体的针尖放大图；
图6为实施例3的真空场致电子发射体的整体结构图；
图7为制作本发明真空场致电子发射体的流程图；
图8为本发明真空场致电子发射体中设置氧化物薄膜层的流程图；
图9为使用本发明真空场致电子发射体的电子束仪器结构图。
具体实施方式
本发明的氧化物薄膜层可以牢固的结合在金属硼化物、碳化物或者是氮化物的化合物基材之上，从而可以实现长时间的高电流密度的电子发射，且保持电流密度不变化。虽然为什么相对于往常方法中所使用的高温金属基材，本发明的化合物基材具有更好的和氧化物薄膜层的结合强度，其原因尚未完全清楚，但是起码部分原因是基于氧化物薄膜层和化合物基材的原子都是由共价键结合的事实，从而使得氧化物薄膜层与化合物基材具有更好的相容性。第二个可能的原因就是当氧化物薄膜层和化合物基材都由相同的金属元素组成时，氧化物薄膜层和化合物基材的晶格尺寸应该相似，从而减小了两者的界面匹配差。我们倾向于使氧化物薄膜层和化合物基材两者具有相同的金属组成的另一层原因是，在此种情况下，氧化物薄膜层可以直接由氧气和化合物基材反应来实现在化合物基材表面的附着，这就给电子枪的制造和运行带来了方便。
低逸出功的氧化物薄膜层所包含的金属组分通常都是低熔点高反应活性的。所以，用这些金属组分的单质形态来制作发射体基材，蒸发源或者扩散蓄积源都是非常困难的。而这些金属对应的硼化物、碳化物或者氮化物都是高熔点、高机械强度和低反应活性的，它们就可以直接用作一个合适的发射体基材。正因如此，我们就可以很简单地选择任何具有低逸出功的金属氧化物来作为发射体的电子发射层，而不受金属选择的限制。需要更进一步声明的是本发明的这种电极材料除了做成针状结构而作为真空电子发射源外，还可以有其他的应用，例如，本发明可以做成板状或块状而用作有机或无机发光二极管的电子注射电极，有机或无机太阳能电池，有机或无机晶体管以及电化学装置的阴极等。
以下的内容将给出对于本发明的具体描述和实例。需要向本领域中的专业人士指出的是，以下给出的实例可以直接用来改造出其他薄膜／化合物基材的组合结构，但是都应该被认定为不偏离本专利核心内容的自然延伸。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但不限于这些实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例的真空场致电子发射体100为一个基体针104焊接在灯丝106上。灯丝106的两端分别焊接在两个金属柱108上。该两个金属柱108由一个绝缘块110机械的联在一起并且提供电绝缘。基体针104具有一个小曲率半径的针尖102，此曲率半径应小于10微米而大于100纳米。灯丝106是用来通过一定的电流从而以焦尔加热的方式加热基体针104。基体针104由高熔点导电材料做成。这些材料包括但不限于C，W，Re，Ta，和Mo。基体针104的材料应该具有比此真空场致电子发射体的清洁温度和使用温度更高的熔点。在一个具体的实例中，清洁温度和运行温度预期高至1300K。基体针104既可以是单结晶又可以是多晶。其针尖102可以是任意晶体结构取向。
图2展示了基体针104的针尖102的放大视图，基体针104被截出一个平台，另外有两个部分被建造在这个平台之上：柱形发射块200和结合层208。发射块200要求具有至少以下三部分：一个顶平台202，一个锥面区204以及一个柱面区206。至少顶平台202被氧化物薄膜层覆盖以用来发射电子。顶平台202的半径倾向于小于500纳米，更倾向于小于100纳米，最倾向于小于10纳米。在某些实例中，顶平台202由几个原子甚至或者是一个单一原子构成。柱面区206的半径应大于或等于顶平台202的半径。在基体针104的再生过程中，当原有的顶平台202和锥面区204需要被去处的情况下，柱面区206可以被用来形成一个新的顶平台和一个新的锥面区。但柱面区206的长度不应该超过一个临界值。超过这个值，振动变的严重，因而会影响发射图案的稳定性。本领域的专业人士应该容易的认识到这个临界长度值是随着发射块200的材料和半径的不同而变化的。图3为图2的俯视图用来帮助更好的看清发射块200的三个构成部分。
发射块200倾向于由导电的金属硼化物，碳化物，或者氮化物做成。其中的金属元素包括以下元素中的一种或多种的组合：包含Ca，Sr和Ba的第二族元素；包含Sc，Y，和镧系元素的第三族元素；包含Zr，Hf和Th的第四族元素。例如，发射块200由Ca，Sr，Ba，Y，La，Ce的六硼化物或者Ti，Zr，Hf，Ta，Th的单碳化物构成。发射块200倾向于为单结晶。此单结晶的轴向垂直于那个可以选择性结合所选氧化物薄膜层的晶面。在某些实例中，此单结晶方向倾向于为<100>，<110> 或 <111> 方向。针尖顶具有单个晶粒的多晶发射块自然也起到一样的作用。
结合层208应该导电并且它的半径应大于或等于发射块200的半径。结合层208所用材料应该为那些高至此种真空场致电子发射体的清洁和使用温度都既不和发射块200也不和基体针104反应的材料。当结合层208和所结合部分之间有缓慢反应的时候，结合层208的厚度应大于此种真空场致电子发射体整个使用寿命中所产生的损耗。在某些实例中，结合层208可以由C，W或者Pt做成。结合层208可以用以下的一些方法形成：例如，区域选择沉积或者通过降解含有所需组分的糊剂的方法。伴随着引入前驱气体，当利用机械操纵器将发射块200和基体针104靠近的时候，电子束诱发沉积或者离子束诱发沉积可以用来沉积结合层208。环氧树脂液滴也可以用来连接发射块200和基体针104。环氧树脂液滴可以接下来通过真空热碳化来变为C结合层。
图4为发射块200的顶平台202的放大视图。氧化物薄膜层402被覆在顶平台202之上用来作为电子发射层。此氧化物薄膜层中除氧元素以外的元素含有以下元素中的一种或多种的组合：包含了Ca，Sr，Ba的第二族元素；或包含了Sc，Y和镧系元素的第三族元素；或包含了Zr，Hf和Th的第四族元素。氧化物薄膜层402倾向于同发射块200具有同样的金属组分，因为这样可以具有小界面匹配差而且可以直接通过让发射块200与氧气反应来生成这种氧化物薄膜。当尽管组分金属不同，但氧化物薄膜层402与底下的发射块200仍能形成小的界面匹配差，从而可以牢固的结合在发射块200之上的情况下，氧化物薄膜层402也可以和发射块200使用不同的组分金属。例如，La和Ce具有相似的尺寸和化学性质。所以，很明显我们可以在LaB 6 上面附着CeO x （x为未知）薄膜层或者在CeB 6 上面附着LaO x （x为未知）薄膜层。同样，很明显我们可以在混合的化合物基板比如La z Ce （1－z） B 6 上面附着混合的氧化物薄膜层比如La x Ce y O。只要混合组合能够提供好的界面结合，任何组合都是可以使用的。本领域专业人士应该可以认识到，即使氧化物薄膜层402和发射块200具有同样的金属元素，其界面的匹配差也许比当他们具有不同元素的情况还要大。例如，当硼化物作为发射块200的材料时，O和B的尺寸不同所带来的额外的尺寸差别会造成这种情况。在这些情况下，当相对于氧化物薄膜层402的形成便捷来说，更需要最佳的结合强度的时候，氧化物薄膜层402中的金属元素也许更倾向于使用与发射块200所含金属元素不同的元素。发射块200的顶平台202倾向于完全被覆一层至少具有单分子层厚度的氧化物薄膜。氧化物薄膜层402的厚度不应超过一个临界值。那就是超过这个临界厚度之后，使得此种真空场致电子发射体的结构稳定性变差或者由于氧化物薄膜层402的电阻变大至影响电子发射性能。
实施例2
本实施例提供了另一种与实施例1产品稍有不同的真空场致电子发射体，此种真空场致电子发射体与实施例1产品的区别在于发射块的结构不同。如图5所示，本实施例中的发射块500由至少4部分组成：顶平台502，顶圆柱504，锥面区506以及柱面区508。除了顶圆柱504以外，本实施例发射块500的其余部分应与实施例1中的针尖102具有相同的结构和功能。顶圆柱504是用来减小锥面区506的电场强度从而将高电场集中于顶平台502上。这样造成的电场分布有利于将电子发射集中于顶平台502并且减少锥面区506上的物质向顶平台502上进行结构性堆积。这样的结构进一步的提升了本实施例真空场致电子发射体的发射稳定性。本实施例带有顶圆柱的发射块结构可基于以下原则制造：化合物基材发射体中不同取向的晶面之间，腐蚀速度不一样。例如，当含有氧元素的气体作为腐蚀剂的时候，金属六硼化物结构的（100）晶面具有低于其他晶面的腐蚀速度。一个用来形成这种结构的具体方法包括以下步骤：首先，于一个真空容器中，在发射体针尖表面形成（100）晶面；然后，在发射体上相对于对面的一个邻近电极施加一个正电压并且同时将含氧气体引入此真空。当发射块的顶平台502为（100）晶面的时候，顶平台502将具有最慢的腐蚀率。周边不是（100）的晶面所遭受的更高的材料去除率将形成顶圆柱504。在金属六硼化物的针尖顶端表面制作出（100）晶面，可以选择诸如场协助氢气腐蚀、真空场蒸发以及热退火等技术。在第二个步骤中，更高的所加电压、更强的腐蚀剂类型、更高的腐蚀剂气体压力、更高的温度和更长的时间都能带来顶平台502周围区域的更快的材料去除。在一个关于第二步的实例中，使用以下参数制作了一个上述在顶圆柱504上的顶平台502：所加电压在2000V到8000V之间，腐蚀气体压力在1×10 -8 托~1×10 -5 托之间，腐蚀气体为氧气或者水，温度为室温。从以上可知，对于本领域的专业人士来说，只要用通常的技术，通过选择不同的电压、腐蚀剂种类、压力、温度和操作时间就可以形成上述的顶圆柱504。
实施例3
本实施例提供了另一种真空场致电子发射体，它也具有绝缘块、设置在所述绝缘块上的两根金属柱和与两根金属柱焊接的灯丝。如图6所示，本实施例的真空场致电子发射体600还包括块状发射体601，块状发射体601分为两个部分：凸起于块状发射体601上表面中部的发射尖602和基体604。两根灯丝608的端部分别和加热板606焊在一起，而块状发射体601即设置在两个加热板606中间。加热板606起到两个作用：一个是机械的支撑起块状发射体601；另一个功能是当通过电流的时候产生热。加热板606倾向于由石墨做成。本实施例中，块状发射体601倾向于由导电的金属硼化物、金属碳化物或者金属氮化物做成，这些化合物的金属构成元素包括：包含了Ca，Sr，Ba的第二族元素；或包含了Sc，Y和镧系元素的第三族元素；或包含了Zr，Hf和Th的第四族元素；或这些元素的组合。例如，块状发射体601由Ca，Sr，Ba，Y，La，Ce的六硼化物或者Ti，Zr，Hf，Ta，Th的单碳化物构成。块状发射体601倾向于为单晶，且晶体轴向垂直于那些需要选择性地和所选氧化物薄膜层结合的晶面。在一些实例中，晶体轴向倾向于为<100>，<110> 或 <111> 方向。具有一个发射尖单晶晶粒的多晶块状发射体也可以用来实现相同的目的。发射尖602的针尖顶结构倾向于和图2以及图5中所描述的遵循一样的原则。发射尖602可以用微观加工来制作。例如，一块单晶可以先被切成基体604的形状，然后，利用聚焦离子束（FIB）铣加工来去除基体604周围的材料直到一个发射尖602形成。
实施例4
发射体的材质和形状，以及氧化物薄膜层的材质和尺寸不同，都会对所制得的场致电子发射体产品的使用造成影响。本实施例提供了多个本发明制备的真空场致电子发射体的运行实例，以说明本发明产品相对于现有技术能够实现在更高的气体压力下更长时间的稳定运行。
在一个例子中，本申请人测试了一个场致电子发射体产品：在小于800v的引出电压，小于3微安的发射电流，小于1000K的加热温度，小于5％的电流波动和不好于3×10 -9 托的真空下，该场致电子发射体运行稳定时间超过100小时；
在另一个例子中，本申请人测试了一个场致电子发射体产品：在小于500v的引出电压，小于1微安的发射电流，小于800K的加热温度，小于5％的电流波动和不好于2×10 -10 托的真空下，该场致电子发射体运行稳定时间超过30小时；
在另一个例子中，本申请人测试了一个场致电子发射体产品：在小于1000v的引出电压，小于10微安的发射电流，小于1100K的加热温度，小于5％的电流波动和不好于3×10 -9 托的真空下，该场致电子发射体运行稳定时间超过60小时；
在另一个例子中，本申请人测试了一个场致电子发射体产品：在小于700v的引出电压，小于5微安的发射电流，小于700K的加热温度，小于10％的电流波动和不好于1×10 -10 托的真空下，该场致电子发射体运行稳定时间超过40小时。
上面给出的运行参数应当理解为仅为例子，而并不是本发明的限制。
实施例5
本实施例提供了一种用来制作本发明真空场致电子发射体的方法和流程。如图7所示，在步骤704中，一段基体线材被焊在一个灯丝结构的中部。此灯丝结构的两端分别和一个金属引脚柱焊在一起。引脚柱被镶嵌在一个绝缘块之中（可参见图1）。在步骤712中，基体线材的顶部被侵入到一个腐蚀剂溶液中，并且相对于一个邻近的Pt圈被加上一个电压。腐蚀剂种类、浓度和所加电压的类型随着基体线材的种类不同而不同。基体线材经过电化学腐蚀过程被腐蚀成一个基体针。对于本领域技术人员来说，在该基体针上做成一个具有小于10微米曲率半径的针尖是很容易的事情。对于是否使基体针的针尖截成平台形式不是必须的，当然最好是使针尖处形成一个平台，以便于设置发射块。该平台可以用微加工技术来制作，例如聚焦离子束铣加工等。在步骤716中，基体的针尖被覆上一层保护层从而可避免针尖材料和接下来将要设置到该基体针尖上的发射块材料相反应。在一个例子中，上述保护层由C制成。多种技术可以用来给基体针覆上这种保护层，例如化学气相沉积、环氧树脂热降解或者带电粒子束诱发沉积等。一个平行步骤708用来制作发射块。一个具体制作发射块的方法包括如下步骤：拿来一块所需发射块材料的单晶体；若此单晶体不满足所需的三维尺寸，则用聚焦离子束铣加工技术将此单晶加工成具有宽、厚、高三个所需维度的块体或柱体。该块体或柱体的所需宽度和厚度均在10纳米~10微米之间，所需高度则在500纳米~50微米之间。在步骤720中，将制备好的具有所需尺寸的发射块隔着保护层放置在基体针尖邻近，使发射块的高和基体针的轴向平行或对齐重合。可以使用例如电驱动的机械操作仪来实现精确的对齐。接下来在发射块和基体针尖的接合处覆上结合层来机械的固定住这个结构并且提供电传导。当结合层足够厚并且发射块不是直接和基体针材料相接触的情况下，步骤716中所述保护层可以省略。在步骤724中，发射块的顶部被加工成一个具有小曲率半径的针尖，优选地，该针尖的曲率半径在5纳米~200纳米之间。如果直接从步骤708中所制作出的发射块不符合此尺寸要求，可使用聚焦离子束铣加工来减小针尖曲率半径到所需尺寸。在步骤728中，如图2和图5中所示，将发射块顶部做一个顶平台，该平台的面积倾向于小于400平方纳米。可以用来制作这个平台的技术包括：聚焦离子束铣加工，场协助氢气，氮气或者氧气腐蚀，真空或者堕性气体场蒸发以及热退火等。发射块倾向于与那些密堆积原子面垂直的晶向平齐，这些晶向包括<100>, <110>和<111>方向。场腐蚀、场蒸发或者热退火所造成的表面小平面化都会形成密堆积面，而这些密堆积面就可以用作针尖顶部的平台。步骤732中，在发射块顶平台上形成氧化物薄膜层作为电子发射层。可以通过多种技术来形成这种氧化物薄膜层。在一个以MO x 为例的实例中，其中M表示所需金属元素，x表示一个未知的化学计量，通过加热一个含有M的源材料到蒸发温度，此蒸发源被用来提供含有M元素的蒸气，氧可以被包括进源材料，也可以被作为另外的氧而引入。同时，既可以在M蒸气沉积的时候引入氧从而形成MO x ，也可以通过一个后续的氧化过程将M沉积层转化为MO x 层。将MO x 从此真空场致电子发射体以外的部分通过表面扩散到针尖平台的方法也可以用来形成这种氧化物薄膜层。对这种方法的具体描述在图8的框图中展示。
实施例6
如图8所示，本实施例提供了一种用来在发射块的顶平台上形成氧化物薄膜层、并且在带电粒子仪器中使用的实例。在步骤804中，制作一个具有如图2或者图5所描述的发射块的场致电子发射体并且在发射块的尖端上制作一个顶平台。本实施例中的发射块倾向于为MB 6 材质，即金属元素M的六硼化物。金属元素M倾向于为Ca，Sr，Ba，Y，La，或者Ce。MB 6 发射块取向为晶体<100>方向。这样，顶平台就是该六硼化物MB 6 的（100）晶面。在步骤808中，将该场致电子发射体安装进一个带电粒子仪器作为电子发射源，然后对该仪器腔体进行真空排气。本发明中的的场致电子发射体所对应运行的真空环境中真空度均应好于1×10 -7 托。在步骤812中，发射块被加热到一个清洁温度，此清洁温度应当足够高到可以脱附掉该场致电子发射体表面吸附的可蒸发物质，这些可蒸发物质基本上为水和有机分子。在一个实例中，此清洁温度不超过1000K。应当知晓的是，清洁温度不应该超过会让组分金属的氧化物开始蒸发的温度。在一个实例中，清洁温度不超过1300K，或更倾向于不超过1200K。因为不同的所需金属元素的氧化物具有不同的蒸发点，很明显当使用不同的发射块材料时，清洁温度将有不同的上限。且加热清洁时间也会改变，这取决于场发射体上的吸附物数量以及所用的清洁温度。在一个实例中，所用清洁时间不超过1分钟。在步骤816中，检测所需的氧化物薄膜层是否在发射块的顶平台上形成，氧化物薄膜层形成的一个结果就是顶平台逸出功的降低。所以，任何可以用来测定逸出功数值或者逸出功变化的手段都可以用来实施这个检测。例如，可以记录下发射电流随着不同引出电压的变化来形成一个I-V曲线。从I-V曲线中，可以做出所谓的fowler－nordheim标绘。之后，此标绘的斜率可以用来测定发射体的逸出功。在一个实例中，可以在氧化物被覆处理之前测定逸出功，并且用来比较那些在经过特定被覆处理之后得到的逸出功数值。另一个测定的方法利用的现象就是：场发射电流随着发射体逸出功的降低会急剧的升高。在这个方法中，可以在任何被覆处理之前纪录一个固定的引出电压所对应的发射电流。在特定的处理之后，可以再次测定相同引出电压所对应的发射电流。当我们在实施了一个特定的被覆处理之后，可以重复的获得一个相对稳定的发射电流值并且那个值高过未经被覆处理的电流值的时候，我们就可以得出结论：氧化物层已经形成。另一个方法基于的现象就是：氧化物薄膜层在发射体顶部平台选择性的被覆将仅仅在顶平台上造成逸出功的降低，从而造成一个具有小于30度发散角的汇聚型的场发射图案。可以利用譬如荧光屏的成像装置纪录下场发射图案。当我们可以重复性的得到较为稳定的小发散角的场发射图案的时候，我们可以得出结论：氧化物薄膜层已经形成。如果氧化物薄膜层没有在顶平台上被覆形成，我们转去步骤820。在步骤820中，将含有氧的气体引入MB 6 .发射块附近从而在发射块的表面形成MO x （x未知）氧化物。既可以在氧暴露之后，也可以在氧暴露之时把发射块加热到一个反应温度，从而确保M和O之间的反应。反应温度应低于在该含氧气体的所用压力下氧化物MO x （x未知）的蒸发点。反应时间应足够让氧化物MO x 生成。普遍来说，更高的氧暴露压力需要更低的反应温度以及更短的反应时间。在一个实例中，使用的氧气压力为1×10 -7 托到1个大气压之间，反应温度为600K到1400K之间，反应时间为10秒到5分钟之间。本领域的技术人员应很容易认识到，别的关于含氧气体种类、气压、反应温度和反应时间的组合都应被认作在本发明的范围之内。在某些情况下，氧化物已经在发射块安装进真空腔体之前，在制备或者处理过程中已经在发射块表面形成了。在这些情况下，步骤820变为可选环节而不是必须环节。在步骤824中，一个使氧化物扩散的过程被执行来选择性的在顶平台上形成氧化物薄膜层。我们发现，在电场存在下，发射块的表面氧化物可以扩散到MB 6 的（100）面上，在本实施例中，这个面也就是顶平台所在面。在一个优选的实例中，加到发射块上的电压相对于一个邻近电极是负偏压，并且它能够对应产生强度为10纳安~10微安之间的发射电流。同时我们发现，伴随加电压，将发射体加热到一个适当的温度，可以帮助这个扩散过程从而使（100）面完全被覆氧化物所需要的时间能够更短。在一个优选的实例中，这个伴随加热的温度在600K~1000K之间。另一个发现就是：氧化物在电场下开始扩散之后，无论是加热或者不加热，都可以通过将发射体暴露在含氧气体中进行无电压的老化处理来实现氧化物在（100）面上的完全被覆。在一个例子中，此氧气压力在1×10 -8 托和1×10 -9 托之间，老化时间在20小时~60小时之间。在经过上述氧化物被覆的处理过程之后，应再转到步骤816去检测氧化物薄膜层是否已完全形成。步骤816，步骤820和步骤824应被循环使用直到确认氧化物薄膜层已完全形成。在某些情况下，比如当荧光屏被用来观测场发射图案的时候，步骤816可以和步骤824同时实施。如果氧化物薄膜层确认已形成，则转到下一步骤828。在步骤828中，加引出电压到该场致电子发射体上，从而产生一个想要的场发射电流。该场致电子发射体倾向于在不超过400K的温度下运行，因为低温运行可以带来最窄的能量发散。更高的运行温度则可以让本发明的场致电子发射体能够更长时间的稳定运行在更高的剩余气体压力下。运行温度不应该超过当前剩余气体压力下氧化物薄膜层MO x （x未知）的蒸发点。在一个实例中，不应超过1300K。在步骤832中，检查该场致电子发射体的发射波动度。当场发射电流被电流表监视的时候，这个操作可以和步骤828同时进行。在运行之中，污染物或者多余的氧化物质会在氧化物薄膜层表面形成，从而造成发射电流波动。在这里，发射电流波动定义为在一分钟的时间内，发射电流的变化比上发射电流的平均值。在一个实例中，10％作为发射波动临界值。当发射电流波动超过这个临界值的时候，应转向步骤812，对该场致电子发射体加热使达到一个清洁温度从而恢复稳定的发射特性。通过在步骤812和步骤832之间的循环，能够实现可被电子束仪器实际应用的稳定电子发射。
实施例7
本实施例提供了将本发明真空场致电子发射体安装在一个带电粒子仪器中的应用实例。如图9所示，本实施例中的电子束仪器是一个场发射扫描电子显微镜（SEM）900。本实施例的场致电子发射体100选用图1中所示的场致电子发射体，将该发射体安装在SEM的真空腔体924中，该发射体的两个灯丝电流引脚柱连接到腔体924的外部。一个灯丝电源904用来提供灯丝所用的加热电流。一个引出电极916放在该场致电子发射体100的尖端邻近用来使发射块能够释放出电子。引出电极916通过真空导入端子和腔体924的外界相连。一个引出电压电源908被用来维持该场致电子发射体100和引出电极916之间的引出电压差。通过施加引出电压，从该发射体100上产生出了电子束912。一个扫描和聚焦系统920用来将此电子束912聚焦成一个小的电子探针并且在样品936表面用此探针扫描。样品936是装在一个用来帮助观察样品的移动台932上的。一个信号探测器928装设在样品936邻近用来采集由电子探针和样品之间相互作用所产生的信号。一个真空泵944被用来生成腔体924内所需的真空。一个氧气源940用来引入腔体924内所需压力的含氧气体。含氧气体同样也可以通过降低真空泵944的抽气力来由周围环境提供，或者通过向腔体924外部泄漏而引入。因此，在这个实例中，氧气源940是可选的，而不是必须的。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (30)

1.一种具有低逸出功和高化学稳定性的电极材料，其特征在于：所述电极材料包括能够导电的发射体和设置在所述发射体表面的电子发射层，其中，所述发射体由化合物基材制成，所述电子发射层的材质为氧化物薄膜。
2.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于：所述化合物基材的材质为金属硼化物、金属氮化物或金属碳化物，且其中的金属元素为钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、钍、钛、锆和铪中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求2所述的电极材料，其特征在于：所述金属硼化物选自钙、锶、钡、钪、钇或镧系元素的单结晶六硼化物，且所述金属硼化物的结晶取向为晶格（100）、（110）或（111）方向。
4.根据权利要求2所述的电极材料，其特征在于：所述金属碳化物选自钍、钛、锆或铪的单结晶单碳化物，且所述金属碳化物的结晶取向为晶格（100）、（110）或（111）方向。
5.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于：所述氧化物薄膜由金属氧化物构成，且所述氧化物薄膜中除氧元素以外的金属元素选自钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、钍、钛、锆和铪中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于：所述化合物基材选自金属硼化物、金属氮化物或金属碳化物，所述氧化物薄膜由金属氧化物构成，且所述化合物基材中的金属元素与所述氧化物薄膜中的金属元素组成相同。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的电极材料，其特征在于：所述发射体为针状，所述氧化物薄膜设置在所述针状发射体的针尖位置。
8.根据权利要求7所述的电极材料，其特征在于：所述针状发射体的顶端形成垂直于所述发射体轴向的顶平台，所述氧化物薄膜至少覆盖住所述顶平台区域。
9.根据权利要求8所述的电极材料，其特征在于：所述针状发射体的顶端形成轴向与所述发射体轴向平行或重合的顶圆柱，所述顶圆柱的顶面为垂直于所述发射体轴向的顶平台，所述氧化物薄膜至少覆盖住所述顶平台区域。
10.一种真空场致电子发射体，包括绝缘块、分别穿设于所述绝缘块上的两根金属柱，其特征在于：所述真空场致电子发射体还包括两端分别焊接在所述两根金属柱末端的一条灯丝和焊接在所述灯丝中部的针状基体，所述针状基体的顶部形成一个针尖，所述真空场致电子发射体还包括通过结合层设置在所述针状基体的针尖位置的柱形发射块，以及设置在所述柱形发射块顶部的电子发射层；所述柱形发射块具有柱面区，所述柱面区的顶边向着所述发射块的轴向向内收缩形成锥面区，所述锥面区的顶部形成垂直于所述发射块轴向的顶平台，所述电子发射层即设置在所述顶平台上；所述发射块由化合物基材制成，所述电子发射层的材质为氧化物薄膜。
11.根据权利要求10所述的真空场致电子发射体，其特征在于：所述发射块的材质选自金属硼化物、金属氮化物或金属碳化物，且其中的金属元素为钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、钍、钛、锆和铪中的一种或多种的组合。
12.根据权利要求10所述的真空场致电子发射体，其特征在于：所述氧化物薄膜由金属氧化物构成，所述氧化物薄膜中除氧元素以外的金属元素选自钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、钍、钛、锆和铪中的一种或多种的组合。
13.根据权利要求10所述的真空场致电子发射体，其特征在于：所述针状基体由高熔点导电材料制成，所述高熔点导电材料选自碳、钨、铼、钽或钼。
14.根据权利要求10所述的真空场致电子发射体，其特征在于：所述结合层由碳、铂或钨元素构成。
15.根据权利要求10所述的真空场致电子发射体，其特征在于：所述发射块的锥面区上形成一个轴向与所述发射体轴向平行或重合的顶圆柱，所述顶圆柱的顶面为垂直于所述发射块轴向的顶平台。
16.一种电极材料的制备方法，其特征在于：所述电极材料包括能够导电的发射体和设置在所述发射体表面的电子发射层，其中，所述发射体由化合物基材制成，所述电子发射层的材质为氧化物薄膜；
当所述化合物基材为金属六硼化物，所述发射体的结构为针状或柱状，且所述发射体的顶端形成轴向与所述发射体轴向平行或重合的顶圆柱时，所述电极材料的制备方法中有一个步骤为制备所述顶圆柱，且制备所述顶圆柱的具体过程如下：
a、真空下，使所述发射体的顶端形成一个半球形表面，该半球形表面的顶端为（100）晶面；
b、在一定腐蚀气体的气压下，相对于所述发射体的一个邻近电极在所述发射体上施加正电压；
c、当所述半球形表面随着腐蚀气体的腐蚀，顶端的（100）晶面的腐蚀速度慢于其它晶面的腐蚀速度，而使得所述半球形表面形成垂直于所述发射体轴向的圆柱形时，撤除所加正电压和腐蚀气体，所述顶圆柱即已形成。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于：所述腐蚀气体为氧气、氮气或者水汽。
18.一种真空场致电子发射体，包括绝缘块、分别穿设于所述绝缘块上的两根金属柱，其特征在于：所述真空场致电子发射体还包括分别与所述两根金属柱的末端相焊接的两根灯丝、焊接在所述两根灯丝之间的两块石墨加热板，以及夹设在所述两块石墨加热板中间的块状基体；所述块状基体的中央向上凸起形成具有尖端的针状发射体，所述针状发射体的尖端位置形成垂直于所述针状发射体轴向的顶平台，所述真空场致电子发射体还包括设置在所述针状发射体顶端的电子发射层；所述针状发射体由化合物基材制成，所述电子发射层的材质为氧化物薄膜。
19.根据权利要求18所述的真空场致电子发射体，其特征在于：所述块状基体和所述针状发射体的材质选自金属硼化物、金属氮化物或金属碳化物，且其中的金属元素为钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、钍、钛、锆和铪中的一种或多种的组合。
20.根据权利要求18所述的真空场致电子发射体，其特征在于：所述氧化物薄膜由金属氧化物构成，所述氧化物薄膜中除氧元素以外的金属元素选自钙、锶、钡、钪、钇、镧系元素、钍、钛、锆和铪中的一种或多种的组合。
21.一种电极材料的制备方法，其特征在于：所述电极材料包括能够导电的发射体和设置在所述发射体表面的电子发射层，其中，所述发射体由化合物基材制成，所述电子发射层的材质为氧化物薄膜；
当所述化合物基材为金属硼化物、金属氮化物或金属碳化物，所述发射体的结构为针状或柱状，且所述发射体的顶端形成垂直于所述发射体轴向的顶平台时，所述电极材料的制备方法中有一个步骤为在所述发射体的顶平台上设置氧化物薄膜层，该步骤的具体实施过程如下：
a、在发射体的顶平台邻近表面设置氧化物；
b、真空下，相对于顶平台的一个邻近电极在所述发射体上施加电压，使氧化物扩散到所述顶平台上；
c、当所述顶平台被氧化物完全覆盖后，停止所加电压，所述氧化物薄膜层即已在所述发射体的顶平台上设置完成。
22.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于：步骤a是通过在含氧气体中加热所述发射体来实现。
23.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于：步骤a是通过利用薄膜沉积技术在顶平台的邻近表面沉积氧化物来实现。
24.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于：步骤b中还伴随加热到一个使氧化物迁移率增加的温度，至步骤b完成而停止加热。
25.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于：步骤c完成后还包括步骤d：把发射体加热到一个低于氧化物薄膜蒸发点的温度来实现氧化物薄膜层与所述顶平台的牢固结合。
26.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于：步骤c完成后还包括步骤d：在加热或不加热的情况下，使发射体在一段时间内保持在一定的含氧气体气压下以实现氧化物薄膜层与所述顶平台的牢固结合。
27.权利要求1~6中任一项所述的电极材料作为能够提供电子的电子源的应用，且所述电极材料运行时通过场发射形式而发射电子。
28.权利要求27所述的电极材料的应用，其特征在于：所述电极材料运行时伴随加热，且加热温度低于能够使所述电极材料通过热发射形式发射电子的温度。
29.权利要求1~6中任一项所述的电极材料作为电子束仪器的真空电子源、有机或无机发光二极管的电子注射电极，以及有机或无机太阳能电池、有机或无机晶体管和电化学装置的阴极的应用。
30.权利要求29中所述的电子束仪器包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜、扫描透射电子显微镜、电子束刻蚀机器、能量漫散x射线能谱仪、电子能量损失能谱仪。
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