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Elektronenquelle

Eine Elektronenquelle ist eine technische Vorrichtung, mit der Elektronen aus einem elektrischen Leiter in ein Vakuum entlassen werden um dort einen Elektronenstrahl zu bilden. Elektronenquellen werden z.B. in Elektronenmikroskopen und Kathodenstrahlröhren eingesetzt.

In Elektronenmikroskopen kommen verschiedene Arten von Elektronenquellen zum Einsatz:

Haarnadelkathode

Die meisten Geräte besitzen eine Glühkathode (Filament) aus einer Wolframlegierung. Diese Kathoden - wegen ihrer Form auch Haarnadelkathoden genannt - sind relativ preiswert, einfach zu handhaben und liefern einen hohen Strahlstrom, der z.B. für WDX- und EDX-Analysen nötig ist. Ein Nachteil der Haarnadelkathode ist, dass sie keine punktförmige Elektronenquelle ermöglicht, wodurch auch die Auflösung eingeschränkt wird. Ferner ist diese Elektronenquelle relativ wartungsintensiv, da das Filament bei Gebrauch immer dünner wird und schließlich durchbrennt und ersetzt werden muss. Die Lebensdauer eines Filaments beträgt einige Wochen.

Feldemitter-Kathode

Moderne Feldemissionselektronenmikroskope (FEM) kommen für höchste Auflösungen zum Einsatz. Hier werden in der Feldemitter-Kathode durch eine hohe Spannung Elektronen aus einer feinen monokristallinen Nadelspitze herausgezogen und in Richtung Anode beschleunigt. Der Vorteil dieser "kalten Kathode" ist ein sehr dünner Primärstrahl, der Nachteil ist der relativ geringe Strahlstrom.

Das ursprüngliche "Feldemissionsmikroskop" ist eine einfache Form eines Elektronenmikroskops, welches auf der bei sehr hohen Feldstärken stattfindenden Feldemission von Elektronen aus einer monokristallinen, feinen, nadelförmigen Probe beruht. Hiermit lässt sich die atomare Struktur der Probe als Projektion der daraus emittierten Elektronen auf einem Szintillatorschirm sichtbar machen. Es wurde von Erwin Wilhelm Müller erfunden.

Schottky-Feldemitter-Kathode

Seit Anfang der neunziger Jahre sind immer häufiger Feldemissions-Rasterelektronenmikroskope (FESEM vom engl. Field Emission Scanning Electron Microscope) und Transmissionselektronenmikroskope mit Schottky-Feldemitter anzutreffen. Diese stellen einen sinnvollen Kompromiss zwischen hoher Elektronenausbeute einer Glühkathode und Feinheit des Elektronenstrahls der Feldemitter-Kathode dar. Das Resultat ist ein universell einsetzbares Elektronenmikroskop, das sowohl sehr hohe Auflösungen, als auch sehr gute Analysefähigkeiten besitzt. Die Parameter des Elektronenstrahls sind bei diesem Kathodentyp über lange Zeiträume konstant, was der Qualität von Langzeit-Untersuchungen sehr zugute kommt. Ein Nachteil ist der relativ hohe Preis, der jedoch durch die hohe Lebensdauer von 1,5-2 Jahren wieder kompensiert wird.