掃描電子顯微鏡電子槍是產(chǎn)生具有確定能量電子束的部件，是由陰極(燈絲)、柵極和陽極組成。燈絲主要有鎢燈絲、LaB6和場發(fā)射三類。
1、 鎢燈絲電子槍：
如圖3-2，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(yīng)來發(fā)射電子。不過鎢燈絲發(fā)射電子效率比較低，要達(dá)到實(shí)用的電流密度，需要較大的鎢絲發(fā)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(jìn)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(dá)到3nm的分辨率，實(shí)際使用的放大倍數(shù)均在十萬倍以下。不過由于鎢燈絲價(jià)格便宜，所以鎢燈絲電鏡得到了廣泛的應(yīng)用。
圖3-2 鎢燈絲電子槍 圖3-3 LaB6電子槍
2、 LaB6電子槍：
要提高掃描電鏡的分辨率，就要提高電子槍的亮度。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2.4eV而發(fā)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(shù)倍。因此LaB6燈絲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。不過目前在掃描電鏡領(lǐng)域，LaB6燈絲價(jià)格并不便宜，性能相對鎢燈絲提升有限，另外就是場發(fā)射的流行，使得LaB6燈絲的使用并不多見。
3、 場發(fā)射電子槍：
1972年，擁有更高亮度、更小電子束直徑的場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)實(shí)現(xiàn)商品化，將掃描電鏡的分辨率推向了新的高度。場發(fā)射電子槍的發(fā)射體是鎢單晶，并有一個極細(xì)的，其曲率半徑為幾十納米到100nm左右，在鎢單晶的加上強(qiáng)電場，利用量子隧道效應(yīng)就能使其發(fā)射電子。圖3-4為場發(fā)射電子槍的結(jié)構(gòu)示意圖。鎢單晶為負(fù)電位，陽極也稱取出電極，比陰極正幾千伏，以吸引電子，第二陽極為零電位，以加速電子并形成10nm左右的電子源直徑。圖3-5為場發(fā)射電子槍的鎢單晶燈絲結(jié)構(gòu)，只有鎢燈絲支撐的非常小的為單晶。
場發(fā)射電子槍又分為冷場發(fā)射和熱場發(fā)射。
熱場發(fā)射的鎢陰極需要加熱到1800K左右，發(fā)射面為<100>或<111>取向，單晶表面有一層氧化鋯，以降低電子發(fā)射的功函數(shù)(約為2.7eV)。
冷場發(fā)射不需加熱，室溫下就能進(jìn)行工作，其鎢單晶為<310>取向，逸出功最小，利用量子隧道效應(yīng)發(fā)射電子。
冷場電子束直徑，發(fā)射電流密度、能量擴(kuò)展(單色性)都優(yōu)于熱場發(fā)射，所以冷場電鏡在分辨率上比熱場更有優(yōu)勢。不過冷場電鏡的束流較小(一般為2nA)，穩(wěn)定性較差，每個幾小時需要加熱(Flash)一次，對需要長時間工作和大束流分析有不良影響。
熱場發(fā)射雖然電子束直徑、能量擴(kuò)展不及冷場，但是隨著技術(shù)的發(fā)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(wěn)定性好，有著非常廣闊的應(yīng)用范圍。
