扫描电镜的限度

对低电压操作的优点人们早已认识，但在常规扫描电镜上选用小于3kV的加速电压观察样品，图像分辨率低，质量下降。其中主要限度是空间电荷效应、电子光学系统像差和杂散磁场的影响。

(1)空间电荷效应

空间电荷效应是指电子枪阴极附近的电子相互作用。在髪叉式三级电子枪中，空间电荷密布于阴极与栅极之间，并于阴极前产生一个势垒。电子枪从设计上保证在20kV～30kV范围内工作时，阴极电子有足够的能量克服这个势垒发射出来，最后形成稳定的"饱和"束流。但在低电压操作时，阴极发射的许多电子能量低，不足以越过这个势垒而又返回阴极，这个空间电荷效应导致电子枪亮度显若下降，因此不能提供足够的束流成体，限制了聚焦电子束尺寸不能太小，致使图像暗，分辨率不高

(2)电子光学系统差

低电压操作，当加速电压E.〈5kV时，必须考虑电磁透镜色差的影响。从色差公式dc-(△E/Eo)C.a可知，假定色差系数C.和孔径半角a不变，电子束能量的分散量△E为常规值3ev,这样计算出的dc在2kV时要比在30kV时大15倍，而且空间电荷效应还会导致△E显增加。此时，色差对聚焦电子束斑最终尺寸的影响不容忽视，有时比球差影响还严重，直接造成图缘分辨率下降。

(3)杂散磁场的影响

低能电子束运动速度慢，以较长的时间穿过镜筒，容易受到镜衙内杂散静电场和磁场的作用。特别是为提高束流而减弱聚光镜激励时，这种影响更加显。通常镜筒内部件表面的氧化物和污染层在受到杂散电子轰击后产生大约1V的表面电位，使低能束电子的运动轨迹发生畸变。另外，当光轴附近的零件表面吸附灰尘颗粒或纤维时，表面电位不稳定，影响更严重，造成聚焦束斑有较大的像散。

空间电荷效应和杂散磁场的影响导致了电子枪亮度严重下降和电子光学系统像差变大，从而限制了图像分辨率的提高和信噪比的改善。