北屯扫描电子显微镜，其系统设计为自上而下，电子束由电子枪（Electron Gun）发射，经一组磁透镜（Condenser Lens）聚焦后，电子束的大小由Condenser Aperture（Beam After size），它通过一组控制电子束的扫描线圈，然后通过物镜（bjective lens）聚焦，撞击样品。信号接收器安装在样品的上侧，以选择二次电子（Secondary Electron）或背散射电子成像。

电子枪的必要特性是高亮度和低能量扩散（Energy Spread）。目前常用的有钨（W）灯丝、六硼化物（LaB6）灯丝、场发射（FieldEmission）三种。灯丝在电子源大小、电流大小、电流稳定性、电子源寿命等方面都有差异。

热电离电子枪有钨（W）灯丝和六硼化物（LaB6）灯丝两种。它利用高温使电子有足够的能量克服电子枪材料的功函数能垒而逃逸。对发射电流密度有显着影响的变量是温度和功函数。但是在操作电子枪时，希望在更低温度下操作，以减少材料的挥发，所以要在操作温度不升高的情况下使用。用于增加发射电流密度的低功函数材料。价格 * 使用便宜 * 钨丝是常用的，它通过热电离方法发射电子。电子能量分布为2eV。钨的功函数约为 4.5eV。钨丝直径约100um，弯曲成V字形。细线，工作温度270OK左右，电流密度1.75A/cm2，使用中灯丝直径随钨丝蒸发变小，使用寿命约40~80小时。六硼化铜 (LaB6) 灯丝的功函数为 2.4eV，低于钨灯丝。所以在1500K使用LaB6可以达到同样的电流密度，亮度更高，所以使用寿命比钨丝长。很多，电子能量分布为1eV，比钨丝要好。但由于LaB6在加热时很活泼，必须在较好的真空环境下操作，所以仪器的采购成本比较高。

场发射电子枪比钨丝和六硼化灯丝亮10-100倍，电子能量分布仅为0.2-0.3eV，所以目前市场上的高分辨率扫描电子显微镜都采用场发射电子枪的分辨率可达1nm或更小。目前常见的场发射电子枪有两种：冷场发射（FE）和热场发射（TF）。当真空中的金属表面受到108V/cm的电子加速电场时，会发射出相当数量的电子。这个过程称为场发射。其原理是高电场使电子势垒产生肖特基效应。即使能垒的宽度变窄，高度也会变低，因此电子可以直接“隧道”通过。这个狭窄的能垒并离开阴极。

场致发射电子是从一个非常尖锐的阴极发射出来的，因此可以获得非常细且高电流密度的电子束，其亮度可以达到热电离电子枪的数百倍甚至上千倍。场发射电子枪选用的阴极材料必须是高强度材料，以承受高电场施加在阴极的高机械应力。钨因其高强度而成为更好的阴极材料。场发射枪通常在上、下组阳极产生吸电子、聚焦和加速电子的功能。阳极的特殊形状产生的静电场可以对电子产生聚焦效应，因此不需要韦氏盖或格栅。个（上）阳极主要改变场发射的引出电压来控制针尖场发射的电流强度，而第二个（下）阳极主要决定加速电压，使电子加速到所需值。活力。要从极薄的钨尖发射电子，金属表面必须完全干净，表面不能有任何外来物质原子或分子，即使只有一个外来原子落在表面，电子的场发射也会减少，所以

场发射电子枪必须保持超高真空，以防止原子在钨阴极表面堆积。由于超高真空设备价格极高，除非需要高分辨率SEM，否则很少使用场发射电子枪。

冷场发射型的更大优点是电子束的直径最小，亮度更高，因此图像分辨率更好。能量散布小，因此可以提高低电压运行的效果。为了防止针尖被外来气体吸附，降低场发射电流，使发射电流不稳定，冷场发射电子枪必须在10-10torrf的真空下工作。但是，需要定期加热针尖至

2500K（此过程称为闪蒸）以去除吸附的气体原子。另一个缺点是发射的总电流最小。

热场电子枪在180OK的温度下工作，可防止大部分气体分子吸附在针尖表面，因此无需针闪。热式可以保持更好的发射电流稳定性，可以在较差的真空（10-9tor）下工作。虽然亮度与冷型相近，但电子能量分布比冷型大3～5倍，图像分辨率较差，通常不太常用。