冷陰極電界放出型電子銃

cold (cathode) field-emission electron gun

タングステンチップのエミッタに、常温で強電界をかけトンネル効果により電子を放出させる電子銃。放出電子のエネルギー幅は熱電界タイプまたはショットキータイプより狭いので(～0.3 eV)、EELSにおいて高いエネルギー分解能が得られる。バーチャルソースサイズは～10 nmと小さいので干渉性が良く、電子線ホログラフィーに適する。ショットキータイプよりも微小なプローブが作れる。その輝度は加速電圧200 kVで～1×10⁹A/cm².srである。エミッタの表面が残留ガスによって汚染されやすく、放出電流が変動しやすい。市販のものは8時間程度でエミッタの先端をフラッシングする必要がある。長い時間に亘って大きな電流量で一定した電流を必要とするような分析には不向きであったが、最近は、真空度の向上によりプローブ電流の安定度が改善され、使い勝手が改善されている。

The cold (cathode) field-emission electron gun (CFEG) emits electrons from the tungsten (W) tip emitter by tunneling the potential barrier (～4.5 eV) where the emitter is kept at room temperature in a strong electric field. Since the energy spread of the emitted electrons from the CFEG is narrower (～0.3 eV) than the Schottky type, the CFEG provides a superbly high energy resolution in EELS. Since the size of the virtual source produced is as small as ～10 nm, the electron beam has a high coherence, suitable for electron holography. Its brightness is as high as ～1×10⁹ A/cm².sr at 200 kV. The CFEG can produce a small-sized probe. Since the emitter surface is likely to be contaminated by residual gases, the emission current is likely to fluctuate. It is necessary to flash the emitter tip in a commercially-available CFEG at intervals of about 8 hours. Recently, the stability of the beam current has greatly been improved by acquiring a better vacuum. Thus, the barrier for EELS, EDS and WDS experiments by using CFEG is lowered.