掃描電子顯微鏡電子槍的分類與特點介紹

掃描電子顯微鏡電子槍是產生具有確定能量電子束的部件，是由陰級(燈絲)、柵級和陽級組成。燈絲主要有鎢燈絲、LaB6和場發射三類。

①鎢燈絲電子槍:

燈絲是鎢絲，在加熱到2100K左右，電子能克服大約平均4.5eV的逸出功而逃離，鎢燈絲是利用熱效應來發射電子，不過鎢燈絲發射由子效率比較低，要達到實用的電流密度，需要較大的鎢絲發射面積，一般鎢絲電子源直徑為幾十微米，這樣大的電子源直徑很難進一步提高分辨率。還有，鎢燈絲亮度差、電流密度低、單色性也不好，所以鎢燈絲目前更高只能達到3nm的分辨率，實際使用的放大倍數均在十萬倍以下。不過由于鎢燈絲價格便宜，所以鎢燈絲掃描電鏡得到了廣泛的應用。

②LaB6電子槍:

要提高sem掃描電鏡的分辨率，就要提高電子槍的高度，而一些金屬氧化物或者硼化物在加熱到高溫之后(1500~2000K)，也能克服平均逸出功2.4el而發射熱電子，比如LaB6，曲率半徑為幾微米。

LaB6燈絲亮度能比鎢燈絲提高數倍。因此LaB6燈絲掃描電鏡有比鎢燈絲更好的分辨率。除了LaB6外，類似的還有CeB6等材料。不過目前在sem掃描電鏡領域，LaB6燈絲價格并不便宜，性能相對鎢燈絲提升有限，另外就是場發射的流行，使得LaB6燈絲的使用并不多見。

③場發射電子槍:

1972年，擁有更高亮度，更小電子束直徑的場發射掃描電鏡實現商品化，將sem掃描電鏡的分辨率推向了新的高度。場發射電子槍的發射體是鎢單晶，并有一個級細的，其曲率半徑為幾十納米到100nm左右，在鎢單晶的加上強電場，利用量子隧道效應就能使其發射電子。場發射由子槍的結構鎢單晶為負電位，陽級也稱取出電級，比陰級正幾千伏，以吸引電子，DI二陽級為零電位，以加速電子并形成10nm左右的電子源直徑。場發射電子槍的鎢單晶燈絲結構，只有鎢燈絲支撐的非常小的為單晶。

場發射電子槍又分為冷場發射和熱場發射。

熱場發射的鎢陰級需要加熱到1800K左右，發射面為<100>或<111>取向，單晶表面有一層氧化鋯，以降低電子發射的功函數(約為2.7eV)

冷場發射不需加熱，室溫下就能進行工作，其鎢單晶為<310>取向，逸出功*小，利用量子隧道效應發射電子。

冷場電子束直徑，發射電流密度 能量擴展(單色性)都優于熱場發射，所以冷場電鏡在分辨率上比熱場更有優墊。不過冷場電鏡的束流較小(一般為2nA)，穩定性較差，沒個幾小時需要加熱一次，對需要長時間工作和大束流分析有不良影響。

熱場發射雖然電子束直徑，能量擴展不及冷場，但是隨著技術的發展，其分辨率也越來越接近冷場的水平，有的甚至還超越了冷場。特別是熱場電鏡束流大，穩定性好，有著非常廣闊的應用范圍。