场发射电镜的电子发射源为冷场，物镜为半浸没式，可利用二次电子、背散射电子信号成像来观察样品表面形态。在高加速电压下，二次电子图像分辨率为1 nm，背散射电子图像分辨率3.0 nm。在低加速电压下，二次电子图像分辨率为2 nm，有利于观察绝缘或导电性差的样品。
场发射电镜配置的主要附件为X射线能谱仪，利用该附件可以在观察样品表面微观形貌的同时进行微区成分定性和半定量以及元素分布分析。针对不导电样品，配置高分辨磁控离子溅射仪，可以准确地为样品喷镀厚度均匀的导电膜，从而实现该类样品的电镜分析。
场发射电镜的创新设计举例：
1.电镜光源
冷场发射光源比其他电镜使用的肖特基热场发射光源能量发射度小，成像时相干性更好，图像质量大大提高；电子全息附件获得更好的相干性；成像时更容易汇聚，无论在高压还是低压都能获得高亮度的小束斑，同时空间分辨率提高。
2.聚光镜汇聚方式
传统的聚光镜亮度与会聚焦同时控制，有时会相互干扰，无法达到佳状态。采用四级聚光镜且亮度及会聚焦分开控制，很容易获得追加实验条件。
3.物镜汇聚方式
物镜上采用扫描方式，可以获得范围的STEM-EELS。
4.进样方式
透射电镜难和做容易损坏的是手动的进样方式，新手插拔样品杆经常造成仪器损坏。新设计样品杆自动进入和退出，改变了这个容易出问题的环节，大大提高了仪器的长期稳定性。
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