电子源，一般叫做电子枪（Electron Gun），是一个电子光学系统，用于产生一定形状，往一定方向投射的电子束。
三种电子源
在SEM中，根据发射方式不同，常用的电子源有三种：
- 热发射电子源 (Thermionic Emission, TE)：利用热能克服材料表面的逸出功（work function），使得电子从加热的金属材料中逸出。
- 热场发射电子源（Thermally assisted Field Emission，TFE）：也称为肖特基发射电子源 (Schottky Emission, SE)，它结合了热发射和场发射的特性。电子源表面加热至较高温度，同时加上外部电场来增强电子的逸出能力。
- 冷场发射电子源（Cold Field Emission，CFE）：通常简称场发射电子源(Field Emission, FE)，它基于场发射效应，通过施加非常强的电场（几千伏/厘米）来拉伸材料表面的电子，促使它们逸出。
特性比较：
| - | 热发射（钨） | 热发射（LaB6） | 肖特基（热场）发射 | 冷场发射 |
|---|---|---|---|---|
| 发射面（um^2） | >>1 | > 1 | 0.2 | 0.02 |
| (虚)源直径 | 15~20um | 10um | 15~20nm | 5-10nm |
| 亮度（A cm^{-2}rad^{-2}） | 10^5 | 10^6 | 10^8 | 10^8 |
| 能散（eV） | 3-4 | 2-3 | 0.7~1 | 0.3 |
| 逸出功（eV） | 4.5 | 2.6 | 2.8 | 4.5 |
| 阴极温度（K） | 2800 | 1900 | 1800 | 300 |
| 真空度（Pa） | 10^{-4} | 10^{-6} | 10^{-8}- 10^{-9} | 10^{-9} - 10^{-11} |
| 生命期 | 50h | 500h | y | 1-2y |
| 束流波动性（每小时） | <1% | <2% | <1% | >10% |
注：亮度值在20kV下获得。
概念
Crossover 与 Virtual source
对于场发射电子源，电子束的行为就像是从一个直径为5至10纳米的源点发出，这个点被称为虚拟源（Virtual source，或者 Virtual Crossover）。注意区分其不同于热发射时的Real Crossover，Corssover处会有比较强的空间电荷效应。
基于这个，电子源可以分为：
- 交叉枪
- 层流枪
Flashing
对于冷场发射电子枪，其枪尖通常由钨单晶制成（尖端半径仅几个纳米），在使用过程中，尖端表面容易被残留气体分子或其他污染物覆盖，这会降低发射稳定性。
通过Flashing（闪烁）过程，可将尖端瞬时加热到较高温度（通常为1800–2500 K），以烧掉或挥发掉附着在表面的污染物。清洁后的尖端能够恢复其高效的电子发射性能。
根据设备使用频率和环境条件，Flashing 的频率可从几小时到几天不等。Flashing的温度和时间控制也比较关键：温度过高可能导致尖端形状改变或熔化，影响发射性能；温度过低或时间过短可能无法完全清除污染（冷场发射电镜提供专门的Flashing操作，需要关闭HV的情况下进行）。
TA
TA值（tip-anode） TA值指的是电子源尖端（如钨灯丝或肖特基源）与阳极之间的距离。 在场发射电子枪和肖特基电子枪中，非常关键，对电子束的形成、加速和最终的成像质量有显著影响。
亮度（Brightness）
电子枪的亮度是指单位时间内，从电子枪发射的电子束通过单位面积并朝特定方向传播的电子数量。
亮度的单位用“A/cm²·sr”表示，表示单位立体角下的电流密度。
其中：
- I：通过电子枪的电流（单位：安培），
- A：电子束通过的面积（单位：平方厘米），
- \Omega：电子束的固角（单位：球面度，sr），即电子束在空间中占据的角度范围。
其他
从材料考虑，一个理想阴极（Cathode），追求：
- 材料逸出功低
- 发射电流密度大
- 工作温度低
- 在阴极工作温度下材料蒸发小
- 抗离子轰击及抗中毒性好
- 寿命长
从电子光学系统：
- 虚源尽可能小
- 亮度高
参考
- Jon Orloff,《Handbook of Charged Particle Optics》
- JEOL,《Scanning Electron MicroScope A to Z, Basic Knowledge for Using The SEM》
- https://www.thermofisher.com/blog/materials/electron-source-fundamentals/
- https://iubemcenter.indiana.edu/doc/williams-and-carter/transmission-electron-microscopy-chapter-05.pdf
- https://www.jeol.com/words/semterms/20121024.021759.php
- https://ediss.uni-goettingen.de/bitstream/11858/00-1735-0000-0028-867D-4/1/release-version_20151216.pdf
- https://en.wikipedia.org/wiki/Field_electron_emission