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低電壓掃描電鏡存在這些制約因素，但是場(chǎng)發(fā)射電子槍的引入，較好地解決了低加速電壓下束流較小導(dǎo)致的信噪比差的問(wèn)題。

為了獲得高分辨率掃描電鏡二次電子或背散射電子像，必須要盡量減小最小束斑直徑。對(duì)于同一電子槍?zhuān)淞炼群凸怅@固定的情況下，電流越小，則其高斯面上的最小束斑直徑相應(yīng)越小。如前所述，電流不能無(wú)限小，否則不能保證獲得足夠信噪比的圖像，也會(huì)嚴(yán)重影響其分辨率。因此，電子槍的選擇和設(shè)計(jì)應(yīng)該確保獲得小束流、高亮度的電子槍。

掃描電鏡的電子槍主要有三種類(lèi)型：鎢燈絲、熱場(chǎng)發(fā)射和冷場(chǎng)發(fā)射。

1)鎢燈絲電子槍

2000年之前的掃描電鏡大多是鎢燈絲電子槍?zhuān)尽ｆu燈絲電子槍的工作溫度一般為2500～3000K，只有在這個(gè)溫度下才能克服其功函數(shù)而保證電子的發(fā)射。在如此高溫下工作，導(dǎo)致鎢燈絲的平均使用壽命僅為50～100h。鎢燈絲電子槍的電子發(fā)射率低，要進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)表征需要具有足夠的信噪比，即要有足夠大的電流。目前鎢燈絲電子槍都采用增加電子源直徑的方法來(lái)確保得到足夠大的電流。電子源直徑的增加勢(shì)必導(dǎo)致聚焦電子束最小束斑直徑的增加，從而顯著降低了掃描電鏡的分辨率。鎢燈絲的電子槍還存在亮度低、能量擴(kuò)展范圍大（為1～2V)和使用壽命較短的缺點(diǎn)。

2)熱場(chǎng)發(fā)射電子槍

熱場(chǎng)發(fā)射電子槍是利用在加熱的金屬表面外加高電場(chǎng)產(chǎn)生的肖特基效應(yīng)（Schottky emission）的電子槍?zhuān)Y(jié)構(gòu)如圖所示。陰極（發(fā)射體）是ZrO2／W，采用 曲率半徑為幾百納米的鎢單晶體，并鍍上了ZrO2涂層，ZrO2涂層使鎢單晶的工作焓從4.6eV降低到2.6eV，從而顯著降低了電子槍的工作溫度，使其在1800K下就能產(chǎn)生較大的發(fā)射電流（圖3.2b）。但是該種結(jié)構(gòu)電子槍的缺點(diǎn)是當(dāng)鎢單晶表面的氧化鋯涂層被全部耗盡后它就不再能正常工作，目前熱場(chǎng)發(fā)射電子槍的平均使用壽命可以達(dá)到2～3年。由于肖特基發(fā)射電子槍處于10-7Pa左右的超高真空中，發(fā)射體同時(shí)保持高溫，其 表面一般不吸附氣體，因此具有電子束流穩(wěn)定度高的特點(diǎn)。熱場(chǎng)發(fā)射電子槍的電流密度為鎢燈絲的2～3倍，其能量擴(kuò)展范圍比鎢燈絲電子槍小（為0.5～1.0eV），同時(shí)也能得到較大的樣品電流，這一優(yōu)點(diǎn)適合于在觀察形貌的同時(shí)進(jìn)行各種分析，尤其是需要大電流的電子背散射衍射分析。

3）冷場(chǎng)發(fā)射電子槍

早在1968年Crewe等就提出冷場(chǎng)發(fā)射電子槍的概念，2000年后冷場(chǎng)發(fā)射電子槍已經(jīng)成為掃描電鏡的主流系統(tǒng)。它利用的是在金屬表面加強(qiáng)電場(chǎng)后所產(chǎn)生的場(chǎng)致發(fā)射現(xiàn)象，實(shí)際結(jié)構(gòu)如圖所示。其陰極用細(xì)鎢絲制成，在鎢絲上焊接相同的單晶鎢，其 曲率半徑為100nm左右的發(fā)射體，在發(fā)射體對(duì)面設(shè)置的金屬板（引出電極）上施加數(shù)千伏的正電壓時(shí)，由于隧道效應(yīng)，從發(fā)射體中就會(huì)發(fā)射電子。如果在金屬板（引出電極）的中央處開(kāi)一小孔，電子束會(huì)從孔中流出，因此在其下方設(shè)置的電極（加速電極）上加以電壓，就能夠獲得一定能量的電子束。為了產(chǎn)生場(chǎng)發(fā)射現(xiàn)象，發(fā)射體的 必須保持清潔，一般處于10-Pa左右的超高真空中。同鎢燈絲電子槍相比，其對(duì)真空的要求高得多，相應(yīng)其亮度也高得多，且冷場(chǎng)發(fā)射電子槍人射電子束的能量擴(kuò)展范圍僅為0.2~0.5V。冷場(chǎng)發(fā)射電子槍是(100)或(300)方向的鎢單晶，其工作溫度為室溫。但是它的 容易積累殘余氣體等污染物，從而嚴(yán)重影響電子發(fā)射效率。目前冷場(chǎng)發(fā)射電子槍都采用周期性、短時(shí)間加熱電子槍表面的辦法來(lái)去除殘余氣體，這一過(guò)程被稱(chēng)為“flash”。冷場(chǎng)發(fā)射電子槍的使用壽命取決于真空系統(tǒng)的好壞，如果真空維持較好的話，其使用壽命可以達(dá)到3~4年。冷場(chǎng)發(fā)射電子槍的主要優(yōu)點(diǎn)是亮度高且人射電子束的能量擴(kuò)展范圍窄，尤其是后者對(duì)于低電壓掃描電鏡來(lái)說(shuō)特別重要，因?yàn)檎哪芰繑U(kuò)展范圍會(huì)有效降低色差的影響。冷場(chǎng)發(fā)射電子槍的主要缺點(diǎn)是電流穩(wěn)定性較差，且束流較小。目前常規(guī)的冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡的 束流一般小于20nA。