掃描電鏡的限度

對低電壓操作的優點人們早已認識，但在常規掃描電鏡上選用小于3kV的加速電壓觀察樣品，圖像分辨率低，質量下降。其中主要限度是空間電荷效應、電子光學系統像差和雜散磁場的影響。

(1)空間電荷效應

空間電荷效應是指電子槍陰極附近的電子相互作用。在髪叉式三級電子槍中，空間電荷密布于陰極與柵極之間，并于陰極前產生一個勢壘。電子槍從設計上保證在20kV～30kV范圍內工作時，陰極電子有足夠的能量克服這個勢壘發射出來，最后形成穩定的"飽和"束流。但在低電壓操作時，陰極發射的許多電子能量低，不足以越過這個勢壘而又返回陰極，這個空間電荷效應導致電子槍亮度顯若下降，因此不能提供足夠的束流成體，限制了聚焦電子束尺寸不能太小，致使圖像暗，分辨率不高

(2)電子光學系統差

低電壓操作，當加速電壓E.〈5kV時，必須考慮電磁透鏡色差的影響。從色差公式dc-(△E/Eo)C.a可知，假定色差系數C.和孔徑半角a不變，電子束能量的分散量△E為常規值3ev,這樣計算出的dc在2kV時要比在30kV時大15倍，而且空間電荷效應還會導致△E顯增加。此時，色差對聚焦電子束斑最終尺寸的影響不容忽視，有時比球差影響還嚴重，直接造成圖緣分辨率下降。

(3)雜散磁場的影響

低能電子束運動速度慢，以較長的時間穿過鏡筒，容易受到鏡衙內雜散靜電場和磁場的作用。特別是為提高束流而減弱聚光鏡激勵時，這種影響更加顯。通常鏡筒內部件表面的氧化物和污染層在受到雜散電子轟擊后產生大約1V的表面電位，使低能束電子的運動軌跡發生畸變。另外，當光軸附近的零件表面吸附灰塵顆粒或纖維時，表面電位不穩定，影響更嚴重，造成聚焦束斑有較大的像散。

空間電荷效應和雜散磁場的影響導致了電子槍亮度嚴重下降和電子光學系統像差變大，從而限制了圖像分辨率的提高和信噪比的改善。