CN113795902A - 电子发射元件以及电子显微镜 - Google Patents

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村上胜久
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Abstract

本发明提供一种电子的能量散度窄、电子发射效率优异的电子发射元件以及使用该电子发射元件的电子显微镜。所述电子发射元件具备：第一电极、由绝缘膜构成的电子加速层以及第二电极依次层叠而成的层叠结构，第二电极为供电子透过、从表面发射电子的电极，发射出的电子的能量散度为100meV以上且600meV以下。例如，作为第二电极，可以使用1层以上且20层以下的石墨烯，作为绝缘膜，可以使用六方晶系的氮化硼。

Description

电子发射元件以及电子显微镜
技术领域
本发明涉及一种用于发射电子的电子发射元件以及使用该电子发射元件的电子显微镜。
背景技术
以往，作为将电子从原子发射到外部的电子发射元件(也称为“电子源”)，已知冷阴极型电子源和热阴极型电子源。冷阴极型电子源通过在阴极与阳极间施加高电压，向电子提供从阴极飞出的能量。关于冷阴极型电子源的技术例如在平面型显示器装置、照明、氢发生装置等领域中正在进行开发。
再者，作为用于电子显微镜的电子发射元件，如下的电子源等被实用化：提高温度而取出固体中的电子的热电子源、通过场致发射从顶端尖锐的钨针取出电子的场致发射电子源、在钨针的顶端吸附有氧化锆的结构的肖特基电子源。作为决定作为电子显微镜的性能之一的分辨率(resolving power)的一个要素，有色像差。色像差主要由从电子源发射的电子的能量散度ΔE决定。ΔE由电子源的电子发射机理决定，因此在各种方式的电子源中已大致确定范围。热传电子源的工作温度为1900～2800K，能量散度为2～4eV。场致发射电子源的工作温度为300K(室温)，电子的能量散度为0.3eV。肖特基电子源的工作温度为1800K，电子的能量散度为0.7～1eV。
另一方面，已知用于平面型显示器装置等的、由薄膜的层叠结构构成的薄膜电子源(参照专利文献1)。薄膜电子源具有将上部电极、电子加速层、下部电极层叠而成的结构，向真空中发射在电子加速层中进行了加速的电子。薄膜电子源例如包括MIM(Metal－Insulator－Metal：金属－绝缘体－金属)型电子源、MOS(Metal－Oxide－Semiconductor：金属－氧化物－半导体)型电子源、弹道型面电子源等。上部电极也称为表面电极或电子透过电极，构成电子发射面。薄膜电子源不是针、灯丝结构，因此也称为平面型的电子发射元件。平面型的电子发射元件未必限于平板，也包括不为针、灯丝形状的具有曲面的薄膜层叠结构的元件。平面型的电子发射元件具有如下特征：发射电子的稳定性高、发射电子的直行性高、能在10V以下的低电压下工作、即使在低真空下也能稳定工作、能面发射电子、能通过现有的半导体工艺制作等。
图3是示意性地表示以往的电子发射元件300的构成的剖视图(参照专利文献2、非专利文献1)。电子发射元件300由下部电极基板301、绝缘体层302以及电子透过电极层303构成。为了防止功函数因氧化等的影响而增加，电子透过电极层303的材料使用金、铂、铱等贵金属。绝缘体层302的一部分的厚度为5nm～20nm，作为电子加速层发挥功能，电子透过电极层303层叠于该绝缘体层302上而构成电子发射面。电子发射面以外的部分的绝缘体层302比电子发射面厚，为几十至几百nm左右的厚度。在电子透过电极层303中不与电子发射面305重叠的部分上，设有用于施加电压的接触电极层304。若在下部电极基板301与接触电极层304之间施加5V至20V左右的电压，则形成于绝缘体层302的势垒(potential barrier)变薄，下部电极基板301中的电子由于量子力学的隧道效应而穿隧至绝缘体层302的导带(conduction band)。到达绝缘体层302的导带的电子由于晶格振动的散射而失去一部分能量，但具有比电子透过电极层303的功函数高的能量的电子穿过电子透过电极层303而向真空中发射。
薄膜电子源的工作原理可以使用能带图进行说明(参照专利文献2)。图4是在层叠有下部半导体电极31、电子加速层32、上部金属电极33的结构中、对上部金属电极33施加了电压的状态下的能带图。在MIS型电子源的情况下，将绝缘体用作电子加速层32。由于在上部金属电极－下部半导体电极之间施加的电压而在电子加速层32内产生电场。通过该电场，电子由于隧道现象而从下部半导体电极31中流入电子加速层32中。电子刚从下部半导体电极31中穿隧至电子加速层32后的能量分布41由于隧道现象而没有电子的非弹性散射，因此与下部半导体电极31内的电子的能量分布相同。该电子通过电子加速层32中的电场被加速而成为热电子。在电子加速层32中通过电场被加速时，电子在电子加速层32中由于非弹性散射而失去能量，因此如电子的能量分布42那样，能量分布扩展，峰位置也移位至低能量侧。而且，该热电子通过上部金属电极33中时，电子由于非弹性散射而进一步失去能量，如电子的能量分布43那样，能量分布进一步扩展，峰位置也移位至更低能量侧。在到达上部金属电极33－真空34界面、即上部金属电极的表面的时间点，仅具有比表面的功函数大的能量的一部分电子向真空34中发射。向真空中发射的电子的能量分布44成为如下分布：在电子的能量分布43中切掉上部金属电极33表面的功函数以下的能量。
再者，发明人等开发了在绝缘物上不成膜催化剂金属而成膜石墨烯的方法(参照非专利文献2)，提出了通过在电子透过电极层303中使用1层石墨烯或几层左右的石墨而能进行高效率的电子发射的电子发射元件(电子源)的结构(参照专利文献2、非专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－43440号公报
专利文献2：日本特开2017－45639号公报
非专利文献
非专利文献1：K.Murakami,et al.,Applied Physics Letters,Vol.108,083506(2016).
非专利文献2：K.Murakami,et al.,Applied Physics Letter,Vol.106,093112(2015).
发明内容
发明所要解决的问题
在以往的在电子透过电极层中使用了1层石墨烯或几层左右的石墨的电子发射元件中，通过将轻元素碳用作电子透过电极，能实现电子发射的高效率化和大电流化。期待也能在某种程度上抑制由电子透过电极层引起的散射，但电子的能量散度仍然为1eV左右。
本发明是为了解决这些问题而完成的，本发明的目的在于，提供一种将绝缘膜中和电子透过电极膜中的电子的散射抑制至极限，实现电子的窄能量散度的电子发射元件。此外，本发明的目的在于，提供一种使用具有窄能量散度的电子发射元件的电子显微镜。
用于解决问题的方案
本发明为了实现所述目的，具有以下的特征。
(1)一种电子发射元件，其特征在于，所述电子发射元件具备：第一电极、由绝缘膜构成的电子加速层以及第二电极依次层叠而成的层叠结构，所述第二电极为供电子透过、从表面发射电子的电极，发射出的电子的能量散度为100meV以上且600meV以下。
(2)根据所述(1)所述的电子发射元件，其特征在于，所述第二电极为1层以上且20层以下的石墨烯。
(3)根据所述(1)或(2)所述的电子发射元件，其特征在于，所述绝缘膜为六方晶系的氮化硼。
(4)根据所述(1)至(3)中任一项所述的电子发射元件，其特征在于，所述第一电极为半导体。
(5)根据所述(1)至(3)中任一项所述的电子发射元件，其特征在于，所述第一电极为磁性体。
(6)根据所述(1)至(3)中任一项所述的电子发射元件，其特征在于，所述第一电极具有量子阱(quantum well)结构。
(7)一种电子显微镜，其特征在于，所述电子显微镜具备所述(1)至(6)中任一项所述的电子发射元件，从该电子发射元件向真空中或气体中发射电子。
发明效果
根据本发明的电子发射元件，可得到能量散度比由来自钨等金属的场致发射得到的电子束的能量散度窄的电子束。在MOS型的电子发射元件的情况下，若为现有技术，则具有下部电极中的电子的能量分布的电子穿隧后，在绝缘膜中受到散射而失去能量。由于存在失去能量的电子，也随机地存在未失去能量的电子，因此结果是能量散度扩宽。另一方面，根据本发明的电子发射元件，几乎没有绝缘膜中的电子的散射，此外，也几乎没有电子透过电极中的散射，因此可得到直接反映了固体中的电子分布的能量分布。更详细地进行说明，固体中的电子分布与穿隧绝缘膜的三角势时的穿隧概率(Tunnel probability)相乘而成为发射出的能量分布。例如，已知若下部电极为半导体，则半导体中的电子的能量分布依据费米－狄拉克分布函数与半导体中的电子的状态密度之积，在半导体的导电带中的电子的能量分布上重叠穿隧概率而成为电子的能量分布。
在本发明中，在由绝缘膜构成的加速层使用六方晶系的氮化硼(以下，也称为六方结构的氮化硼，h－BN)薄膜、电子透过电极使用石墨烯或石墨的情况下，能抑制由电子发射元件内部的电子散射引起的电子的能量分布变化。在该情况下，能在保持下部电极的电子状态的状态下取出电子。在下部电极使用了n－Si的情况下，能发射反映n－Si导电体的能量分布的70meV左右的能量散度的电子。
在本发明的电子发射元件中，在第二电极为石墨烯膜或石墨膜的情况下，与第二电极为其他电极材料的情况相比，不仅能抑制电子的散射、能进行高效率的电子发射，还具有如下效果：由于石墨烯膜或石墨膜为反应性低且稳定的材料，因此电极本身不腐蚀而为长寿命。
此外，具备本发明的电子发射元件的电子显微镜几乎无色像差，分辨率非常高。
附图说明
图1是表示第一实施方式中的电子发射元件的结构的示意图。
图2是对第一实施方式中的电子发射元件的工作进行说明的能带图。
图3是表示现有技术中的电子发射元件的结构的示意图。
图4是对现有技术中的电子发射元件的工作进行说明的能带图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。
本发明人在电子发射元件以及使用该电子发射元件的电子显微镜中，着眼于薄膜层叠结构的材料来进行研究开发，实现了得到发射窄能量散度的电子的装置。
本发明的实施方式的电子发射元件具备：第一电极(也称为“下部电极”)、由绝缘膜构成的电子加速层、第二电极(也称为“上部电极、表面电极、电子透过电极”)依次层叠而成的结构。第二电极为供电子透过的电极，第二电极的表面构成电子发射面。本发明的电子发射元件中的电子发射面大致为平坦面。
作为起到电子加速层的功能的绝缘膜，优选氮化硼。更优选六方晶系的氮化硼(六方结构的氮化硼，h－BN)薄膜。h－BN与石墨烯同样地具有二维结构，因此能通过控制层数来控制膜厚。此外，由于原子序数小，因此电子的散射变小，因此若与以往的二氧化硅膜相比，则能期待电子发射效率的大幅提高。通过使用h－BN，能发射能量散度窄的电子。使发射电子的能量散度变窄，这在电子显微镜等用途中是特别重要的。用于电子显微镜的电子发射元件的电子发射面优选为平面。
作为电子透过电极，优选使用石墨烯膜或石墨膜。电子透过电极优选为碳1层的表面电极为碳1层的多晶石墨烯膜或碳20层左右以下的多晶石墨膜。
下部电极只要是能用作电极的导电材料或半导体材料，并且能实现本发明的层叠结构的材料，就没有特别限制。例如，可列举出硅电极。硅优选导电性高的硅，更优选在导带中存在电子的N型硅。硅可以为单晶、多晶、无定形状中的任一种。此外，作为下部电极，例如可列举出磁性体金属电极。
(第一实施方式)
以下，参照图1对本实施方式进行说明。电子发射元件10具备：由导电性基板构成的下部电极1(第一电极)、限定电子发射面5的厚绝缘膜2、作为电子发射面5的电子加速层发挥功能的薄绝缘膜6、电子透过电极3(表面电极、上部电极、第二电极)、以及接触电极4(也称为第三电极)。作为下部电极1，在本实施方式中使用硅半导体基板。
为了将电子的散射抑制至极限，绝缘膜6的材质优选由轻元素构成。在本实施方式中，使用氮化硼(BN)。绝缘膜6的膜厚优选适当选择最适合作为电子加速层的厚度。4nm以上且20nm以下左右的膜厚使得电子发射效率变高，因此优选。若比4nm薄，则在电子透过电极的功函数以下的偏压下，电子直接穿隧(direct tunnel)绝缘膜。直接穿隧的电子不具备越过电子透过电极的功函数的能量，因此被电子透过电极回收，因此电子发射效率显著降低。此外，在施加电子透过电极的功函数以上的偏压的情况下，对绝缘膜6施加的电场变得非常高，因此容易产生介质击穿，元件寿命变短，因此不优选。在比20nm厚的情况下，绝缘膜6中的电子散射的贡献大，大部分的穿隧电子的能量降低至电子透过电极的功函数以下，被电子透过电极回收，因此电子发射效率显著降低。
电子透过电极为碳1层的石墨烯膜或20层左右以下的石墨膜。为了尽量抑制电子透过电极中的电子的散射，更优选单层的石墨烯膜。然而，实验的结果显示，若为20层左右以下的石墨膜，则未观察到电子发射效率的大幅劣化。石墨膜7nm对应于约20层。因此，更优选为2nm以上且7nm以下的膜厚。石墨烯膜或石墨膜可以为单晶，也可以为多晶。例如，作为石墨烯膜，使用一个晶粒的大小为50nm以上且300nm以下左右的多晶膜来制作，可得到良好的电子发射。在1层石墨烯的情况下，为了从整面发射电子，需要为连续膜。
对本实施方式的电子发射元件的制作方法进行说明。
(工序1)准备单晶硅基板。
(工序2)为了去除杂质，对硅基板进行清洗。可以使用在半导体的领域中使用的清洗方法。
(工序3)在硅基板上成膜六方结构的氮化硼膜。成膜方法可以使用如下方法：将在Cu、Ni－Fe合金等其他基板上成膜的六方氮化硼膜转印的方法；将硼烷氨(H6NB)、环硼氮烷(B3N3H6)、或乙硼烷(B2H6)与氨(NH3)作为原料的CVD法等。成膜方法没有特别限定。
以下，对(工序3)的在硅基板上成膜h－BN的CVD法的例子进行说明。准备在卧式电炉中插入石英管的加热装置。通过真空泵将石英管内的压力降低至5×10－4Pa左右后，将电炉的温度设定为1050℃左右。从石英管的一方导入环硼氮烷(B3N3H6)蒸气，将石英管内的压力调整为30Pa左右。通过导入30分钟环硼氮烷蒸气，成膜h－BN。
(工序4)接着，在氮化硼膜的表面成膜石墨烯或石墨的表面电极。石墨烯或石墨的成膜方法没有特别限定，作为适合表面电极的成膜的方法的例子，存在使用金属蒸气催化剂的热CVD(thermal chemical vapor deposition：热化学气相沉积)。
以下，对使用金属蒸气催化剂向第一电极成膜石墨膜的方法进行说明。准备在卧式电炉中插入石英管的加热装置。电炉的温度设定为1050℃左右，从石英管的一方导入甲烷气体与氩气的混合气体。在石英管的内部，将金属镓设置于石英瓷舟上。在金属镓的下风向设置在想要成膜的表面成膜有绝缘膜的第一电极。在第一电极上的氮化硼膜的表面均匀地成膜所需膜厚的石墨烯。例如在1英寸的石英管中、将氩气的流量设为100sccm、将甲烷气体的流量设为1sccm、成膜30分钟的情况下，在氮化硼膜上均匀地形成了膜厚7nm的多晶石墨膜。通过缩短成膜时间，也能成膜单层的多晶石墨烯膜。需要说明的是，电炉的设定温度、成膜时间、气体的流量比等不限定于在此公开的值，可以根据所需的膜厚、结晶性而变化。此外，导入的气体不限于氩和甲烷，可以任意选择成为载气的惰性气体与成为碳的供给源的气体的组合。作为金属蒸气催化剂的材料，以镓为例，但不限定于镓。除了镓以外，也可以利用铟等金属。
[电子发射元件的特性的测定]
准备如下的本实施方式的电子发射元件，其具备：硅半导体基板(n―Si)的下部半导体电极、h－BN的绝缘膜(例13nm)以及上部石墨烯电极(例1nm)，超高真空室中进行所得到的电子束的电子发射特性评价。首先，将下部半导体电极(cathode)接地，以0.1V步长(step)对上部石墨烯电极(gate)从0V至+20V左右施加电压，对与电子发射元件对抗的SUS板(anode)施加+1000V，对流过下部半导体电极、上部石墨烯电极、SUS板的电流进行了计测。根据计测结果，确认到从施加电压13V起开始电子发射，发射电流随着施加电压的增加而增加。确认到在施加电压55V下达到发射电流密度2A/cm2，得到充分的发射电流。接着，使用搭载于超高真空室的电子分光器，对从电子发射元件发射出的电子的能量散度进行测定。电子分光器例如使用静电半球型能量分析仪。也可以使用静电平行平板型能量分析仪。电子发射元件的工作方法与电子发射特性评价部分不同。使电子发射元件与在透明电极涂布了荧光物质的屏幕对置。在该屏幕的中央预先设置直径1mm左右的孔。对屏幕施加+2.5kV的电压。对下部半导体电极和上部石墨烯电极施加－100V。从电子发射元件发射电子时，从－100V起缓慢减少对上部石墨烯电极施加的电压。总之，通过将上部石墨烯电极与下部半导体电极间的电位差调整为0V～20V，能使电子发射元件与电子发射特性评价同样地工作。发射的电子碰撞到荧光屏，能观测电子发射图案。一边观测该电子发射图案，一边调整电子发射元件的位置以使发射电子通过屏幕上的孔。通过屏幕上的孔的电子被电子束能量分析仪吸收，计测发射电子的能谱。对半导体下部电极施加－100V的理由在于消除二次电子的影响。将所得到的能谱的半峰全宽定义为能量散度。在本实施方式中，电子的能量的半峰宽为0.275eV。
[比较例1]作为比较例1，制作出如下电子发射元件，其具备：硅半导体基板的下部电极1、SiO2的绝缘膜6以及石墨烯或石墨的电子透过电极3。绝缘膜的材料与本实施方式不同。对在比较例1中得到的电子束的能谱进行了测定。在比较例1中电子的能量的半峰宽为1.6eV。绝缘膜为SiO2，因此电子在绝缘膜中行进期间受到散射，产生失去能量的电子。其结果是，电子的能量散度扩展，半峰宽具有1.6eV左右的幅度。即使在进行SiO2膜厚的优化等、将作为电子透过电极的石墨烯的膜厚减薄至极限、抑制了电子透过电极中的散射的情况下，也无法得到1.0eV以下的半峰宽。
[比较例2]作为比较例2，对由钨的场致发射元件得到的电子束的能谱进行了测定。在比较例2中电子的能量的半峰宽为0.37eV。在钨的场致发射元件中，电子的能量散度窄的原因在于，电子在真空中穿隧，因此途中未受到散射。该能量散度是费米分布的费米能级附近的能量分布与穿隧概率相乘而得到的。
与比较例1、2相比，在本实施方式的电子发射元件中，供电子通过的绝缘膜为氮化硼，并且电子透过电极为石墨烯，因此将电子的散射抑制至极限。其结果是，几乎没有散射中的能量扩散。而且，下部电极为硅半导体且费米能级位于禁带中，因此，在费米分布中比费米能级靠上的区域的分布函数与穿隧概率重叠而成，因此得到了能量分布比钨的场致发射元件窄的0.3eV以下的半峰宽。
[工作原理的说明]
参照图2，对本发明的实施方式的工作原理进行说明。图2是在层叠有下部半导体电极11、h－BN12、上部石墨烯电极13的结构中、对上部石墨烯电极13施加了电压的状态下的能带图。由于在上部金属电极(上部石墨烯电极)－下部半导体电极间施加的电压而在h－BN12内产生电场。通过该电场，电子由于隧道现象而从下部半导体电极11中流入h－BN12中。电子刚从下部半导体电极11中穿隧至h－BN12后的能量分布21由于隧道现象而没有电子的非弹性散射，因此与下部半导体电极11内的能量分布相同。该电子通过h－BN12中的电场被加速而成为热电子。就h－BN而言，构成绝缘层的元素为B、N，与以往的SiO2、Al2O3相比，构成元素的原子序数小。电子的非弹性散射截面积通常与原子序数成比例，因此通过在电子加速层的绝缘材料中使用h－BN，可抑制电子加速层中的电子的非弹性散射。因此，在h－BN中被加速而到达上部石墨烯电极13的电子的能量分布22与刚穿隧下部半导体电极11后的电子的能量分布21相同。而且，就上部石墨烯电极而言，构成电极的元素为C，与以往使用的上部金属电极材料的元素(Al、Au、Pt等)相比，原子序数小，因此也能抑制上部石墨烯电极中的电子的非弹性散射。在到达上部石墨烯电极13－真空14界面、即上部石墨烯电极的表面的时间点，所有电子具有比表面的功函数大的能量，因此，在上部石墨烯电极13－真空14界面处后向弹性散射的电子以外的所有电子向真空14中发射。在这一系列的过程中，未产生电子的非弹性散射，因此向真空中发射的电子的能量分布23成为保持刚穿隧下部半导体电极11后的电子的能量分布21的状态。
[发射电子的能量散度的范围]
由本发明的实施方式的电子发射元件发射的电子的能量散度为100meV以上且600meV以下的范围。作为上限优选为600meV是基于如下理由。已知：即使提高在下部半导体电极与上部石墨烯电极间施加的电压、充分加长电子在电子加速层h－BN中行进的距离、增大h－BN中的电子的非弹性散射的影响，发射的电子的能量散度的增加也在600meV左右饱和。此外，作为下限优选为100meV是基于如下理由。室温下的下部半导体电极中的电子的能量散度约为70meV。若将电子加速层h－BN的膜厚减薄至4nm，则穿隧下部半导体电极与h－BN之间的势垒的电子在电子加速层h－BN行进的距离极短，透过上部石墨烯电极而向真空中发射。在该情况下，在从下部半导体电极中向真空中发射的过程中，电子散射几乎被抑制，成为比下部半导体电极中的电子的能量分布稍宽的100meV左右的能量散度。
已知：在以往的[上部金属电极/热氧化膜/Si半导体基板]的层叠结构的电子发射元件中，穿隧Si半导体基板与热氧化膜的界面的势垒、通过电场在热氧化膜中被加速而透过上部金属电极的电子，由于热氧化膜和上部金属电极内的电子散射而成为热平衡状态，成为麦克斯韦－玻尔兹曼分布。因此，即使将n型Si基板中的电子的能量散度变窄至70meV，在使用以往的电子发射元件向真空中取出电子的情况下，能量散度也扩大至1eV以上。
(第二实施方式)
在本实施方式中，对将与第一实施方式不同的磁性体金属材料(Co、Cr、Fe等)用作下部电极的情况进行说明。通过将经磁化的磁性体金属用作下部电极，能取出保持磁性体中的自旋状态的电子，也能得到除了能量散度小这一效果以外不同的效果。本实施方式的电子发射元件能在用于观测自旋的状态的自旋极化扫描电子显微镜、自旋分辨光电子能谱装置中使用。在本实施方式中，由于是下部电极中的电子的能量分布与半导体的情况不同的金属材料，因此成为与来自通常的钨针的场致发射电子相同的能量分布，能量散度最小为300meV，最大为600meV左右。
(第三实施方式)
在本实施方式中，对将量子阱结构那样的纳米结构用作下部电极的情况进行说明。通过控制下部电极的电子状态，能以反映了人工控制的电子状态的电子分布取出电子。例如，使用由10nm以下的膜厚的绝缘体－金属(或半导体)－绝缘体的层叠体构成的量子阱结构作为下部电极，将下部电极内的电子的能量分布量子化，由此经由电子加速层从上部电极仅取出具有特定的能级(energy level)的电子。由本发明的实施方式的电子发射元件发射的电子的能量散度为100meV以上且600meV以下的范围。
需要说明的是，在上述实施方式等中示出的例子是为了容易理解发明而记载的，并不限定于本方式。
产业上的可利用性
本发明的电子发射元件发射出的电子的能量散度窄，电子发射效率高，因此能用于期望电子的能量散度窄的装置，例如电子显微镜等，并且在产业上是有用的。
附图标记说明
1：下部电极；2：厚绝缘膜；3：电子透过电极；4：接触电极；5、305：电子发射面；6：绝缘膜；10、300：电子发射元件；11、31：下部半导体电极；12：h－BN；13：上部石墨烯电极；14、34：真空；21、22、23、41、42、43、44：电子的能量分布；32：电子加速层；33：上部金属电极；301：下部电极基板；302：绝缘体层；303：电子透过电极层；304：接触电极层。

Claims (7)

1.一种电子发射元件，其特征在于，
所述电子发射元件具备：第一电极、由绝缘膜构成的电子加速层以及第二电极依次层叠而成的层叠结构，
所述第二电极为供电子透过、从表面发射电子的电极，
发射出的电子的能量散度为100meV以上且600meV以下。
2.根据权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于，
所述第二电极为1层以上且20层以下的石墨烯。
3.根据权利要求1或2所述的电子发射元件，其特征在于，
所述绝缘膜为六方晶系的氮化硼。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子发射元件，其特征在于，
所述第一电极为半导体。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电子发射元件，其特征在于，
所述第一电极为磁性体。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电子发射元件，其特征在于，
所述第一电极具有量子阱结构。
7.一种电子显微镜，其特征在于，
所述电子显微镜具备权利要求1至6中任一项所述的电子发射元件，从该电子发射元件向真空中或气体中发射电子。
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