石嘴山扫描电子显微镜电子枪是产生具有确定能量电子束的部件，是由阴极(灯丝)、栅极和阳极组成。灯丝主要有钨灯丝、LaB6和场发射三类。

　　1、 钨灯丝电子枪：

　　如图3-2，灯丝是钨丝，在加热到2100K左右，电子能克服大约平均4.5eV的逸出功而逃离，钨灯丝是利用热效应来发射电子。不过钨灯丝发射电子效率比较低，要达到实用的电流密度，需要较大的钨丝发射面积，一般钨丝电子源直径为几十微米。这样大的电子源直径很难进一步提高分辨率。还有，钨灯丝亮度差、电流密度低、单色性也不好，所以钨灯丝目前更高只能达到3nm的分辨率，实际使用的放大倍数均在十万倍以下。不过由于钨灯丝价格便宜，所以钨灯丝电镜得到了广泛的应用。

　　图3-2 钨灯丝电子枪　 　 　 　　　　 　　　　 　 图3-3 LaB6电子枪

　　2、 LaB6电子枪：

　　要提高石嘴山扫描电镜的分辨率，就要提高电子枪的亮度。而一些金属氧化物或者硼化物在加热到高温之后(1500～2000K)，也能克服平均逸出功2.4eV而发射热电子，比如LaB6，曲率半径为几微米。

　　LaB6灯丝亮度能比钨灯丝提高数倍。因此LaB6灯丝电镜有比钨灯丝更好的分辨率。除了LaB6外，类似的还有CeB6等材料。不过目前在扫描电镜领域，LaB6灯丝价格并不便宜，性能相对钨灯丝提升有限，另外就是场发射的流行，使得LaB6灯丝的使用并不多见。

　　3、 场发射电子枪：

　　1972年，拥有更高亮度、更小电子束直径的场发射扫描电镜(FE-SEM)实现商品化，将扫描电镜的分辨率推向了新的高度。场发射电子枪的发射体是钨单晶，并有一个极细的，其曲率半径为几十纳米到100nm左右，在钨单晶的加上强电场，利用量子隧道效应就能使其发射电子。图3-4为场发射电子枪的结构示意图。钨单晶为负电位，阳极也称取出电极，比阴极正几千伏，以吸引电子，第二阳极为零电位，以加速电子并形成10nm左右的电子源直径。图3-5为场发射电子枪的钨单晶灯丝结构，只有钨灯丝支撑的非常小的为单晶。

　　场发射电子枪又分为冷场发射和热场发射。

　　热场发射的钨阴极需要加热到1800K左右，发射面为<100>或<111>取向，单晶表面有一层氧化锆，以降低电子发射的功函数(约为2.7eV)。

　　冷场发射不需加热，室温下就能进行工作，其钨单晶为<310>取向，逸出功最小，利用量子隧道效应发射电子。

　　冷场电子束直径，发射电流密度、能量扩展(单色性)都优于热场发射，所以冷场电镜在分辨率上比热场更有优势。不过冷场电镜的束流较小(一般为2nA)，稳定性较差，每个几小时需要加热(Flash)一次，对需要长时间工作和大束流分析有不良影响。

　　热场发射虽然电子束直径、能量扩展不及冷场，但是随着技术的发展，其分辨率也越来越接近冷场的水平，有的甚至还超越了冷场。特别是热场电镜束流大，稳定性好，有着非常广阔的应用范围。