elektronenkanonnen

Eine Elektronenkanone ist eine Vorrichtung im Vakuum, die einen gerichteten Elektronenstrahl erzeugt, beschleunigt und oft fokussiert. Typischer Aufbau umfasst eine Kathode, eine Anode und häufig ein Steuergitter; der Strahl wird durch elektrooptische Elemente gelenkt. Elektronenkanonen liefern Elektronenenergien im keV- bis MeV-Bereich und finden Anwendung in der Mikroskopie, Röntgentechnik, Beschleunigern und in der Lithografie.

Die Emission der Elektronen erfolgt je nach Bauart durch thermische Aktivierung einer Heißkathode (thermionische Emission), durch starkes elektrisches Feld an einer scharfen Spitze (Feldemission, darunter Schottky-Emission) oder, seltener, durch Lichtanregung (Fotoemission).

Der Aufbau umfasst Kathode, Anode(n), ein Steuer- oder Modulationsgitter sowie elektrooptische Linsen und Blenden. In einer typischen Diode wird der Elektronenfluss durch Änderung der Anodenspannung und der Gitterschranken gesteuert. Das System befindet sich in Vakuum, um Streuung zu vermeiden.

Anwendungen: In der Elektronenmikroskopie bestimmen Kathodentyp und Emissionsart die Helligkeit, Auflösung und Kohärenz des Strahls (TEM, SEM). In der Elektronenstrahlschreibtechnik (EBL) ermöglichen sie nanoskalige Muster. In Teilchenbeschleunigern dient die Elektronenkanone als Startquelle für weitere Beschleunigung. In Röntgenröhren wird der Elektronenstrahl auf das Target gelenkt, um Röntgenstrahlung zu erzeugen.

Historisch entstand die Elektronenkanone aus frühen Vakuumröhren. Die Entwicklung hochwertiger Heißkathoden in den 1910er Jahren, unter anderem durch die Coolidge-Röhre, bildete die Grundlage für moderne Elektronenkanonen. Seit den 1930er Jahren kamen Feldemissions- und Schottky-Kathoden hinzu, die höhere Brillanz und Kohärenz ermöglichen.