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图3 a.LaB6热阴极灯丝尖端；b.场发射W针尖 ， 由特定取向的单晶W制造 ， 尖端尤为尖锐；c.灯丝模组；d.场发射灯丝电子抽取电路示意图；e. 电子枪外观[3]2.2 离子束光源离子束显微镜观测样品的原理与电子束显微镜相同 ， 区别在于同等加速电压下 ， 离子束进入样品深度随离子种类而不同 ， 质量小的H+ 、He+较电子束深 ， Ga+较电子束浅 。 表3列出几种离子源在不同加速电压下的分辨率 。 离子束源通常是采用将单质元素电离的方法获得 ， 可分为液态金属离子源、气体场离子源 ， 电感耦合离子源等几类 。 液态金属离子源有众多金属或合金可以作为液态金属离子源（LMIS） ， 但最普遍商业化的是Ga金属的离子源 ， 见图4 。 Ga具有熔点低（约30 ℃）；不与钨针尖表面反应 ， 可避免长期储存使用中与钨金属发生合金化反应；同时 ， Ga的蒸气压低 ， 真空中不挥发；表面能低 ， 可以在钨针尖表面被操控等一系列优点 。 与场发射电子束光源类似 ， Ga+离子同样也是分两步产生：第一步：首先加热Ga源 ， 使之熔化润湿钨丝并流到前端 ， 形成2-5 μm 直径的液滴 。 随后在108 V/cm的电场和液态Ga自身表面张力作用下 ， 液滴尖端会被拉成“泰勒锥”型 ， 此时最尖端直径达到了2-5 nm；第二步：当形成稳定平衡的“泰勒锥”后 ， 尖端的Ga以场蒸发形式高效率地离子化并逸出表面 ， 产生1×108 A/cm2的高亮度束流 ， “泰勒锥”随后就会被后端的液态Ga补充维持形状 。 为保证离子束能量的单色性 ， 需要用单一同位素的Ga原子 ， 因此 ， Ga离子源价格较贵 ， 在保证1000 h使用寿命时 ， 每个源价格通常在3-8万RMB 。 气体场离子源与液态金属离子源结构类似 ， 气体场离子源(GFIS)的拔出电路示意图如图5所示 。极细的单晶W针尖作为气体场离子源的发射极放在距拔出电极指定距离处 。 单晶W针尖轴向取向为[111]方向 ， 在最尖端为3个孤立的原子 。 拔出极相对离子源是负电位 ， 以获取离子逸出的合适电场 。 对He离子 ， 在最尖端处需要电场至少为4.4 V/? ， 对Ne离子则是3.3 V/? 。 由于针尖特别尖锐 ， 这里是针尖等势面最密集的地方 ， 其电场远远大于针尖其它位置 。 因此 ， He气、Ne气只能在针尖尖端处的几层原子电离为He离子和Ne离子 。 被拔出极拔出的He离子或Ne离子则继续被加速电场加速 ， 进行入后续磁透镜系统进行成像 。
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图5 GFIS气体场离子源束流拔出示意图 。 a. 拔出电极电路[4]；b. He+离子在钨针尖端排列的3个裸露的钨原子处产生；c.实际使用时 ， 将针尖轻微偏转 ， 只用3个原子中最亮的那个原子所产生的离子束进行成像 。 由于离子束是同一个原子发出的 ， 其束斑非常小（只一个钨原子大） ， 相干性也好 ， 有利于获得高质量大景深的照片 。 电感耦合等离子源作为加工设备的离子源需要高亮度大束流（如250 nA）、能量分布集中、长寿命、高稳定的离子源 。 目前以Xe、Ar、N2、O2为气源的Plasma-FIB（PFIB）成像加工系统的离子源产生方案是：先用电感耦合等离子体源（ICP-source）获得等离子体 ， 以拔出电极施加4-8.5 kV的偏压拔出不同束流的离子束 ， 再以10-30 kV电压进行加速 。 PFIB设备是最近两年才导入科研用户 ， 我国科研界大概只有4台（截止2020年3月） ， 还没有特别详细的书或文章介绍它的光路系统 。 2.3 中子束光源 ， 中子束光源的特点中子也是一种物质波 ， 和电子类似 ， 中子波长随能量变化 。 快中子的波长为0.00028 ? ， 热中子波长为1.8 ? ， 超冷中子波长为495 ? ， 和极紫外光（EUV）波长相同 。 与电子相同 ， 中子在自然界中也广泛存在 ， 但是自由的中子寿命很短只有15分钟左右 ， 大量的中子是由强相互作用束缚在原子核中的 。 因此中子要靠核反应产生 。 中子束光源发展历史第一代同位素放射源和低能加速器源 ， 利用以下反应产生中子将放射α 射线的238Pu、226Ra 或241Am同金属铍粉末按一定比例均匀混合压制成小圆柱体密封在金属壳中 ， 就可产生中子 。 1932年查德威克就是利用这个反应获得了中子 ， 并获得了诺贝尔奖 。
