近年来表面分析技术迅速发展,各种分析仪器和测量方法都为表面研究提供了良好的实验条件,使得我们可以从电子、原子和分子水平去认识表面现象。由于反射式高能电子衍射仪(RHEED)具有适用真空范围广、可原位分析以及衍射图像包含的信息量大等优点,已成为表面分析技术领域中重要的表征手段。RHEED装置主要由电子枪和荧光屏组成,其要求电子枪具有能量高、束斑直径小、强度大和入射角度可调等功能。为了弥补我国在高能电子发射领域的不足,在综合国际上各种电子枪优点的基础上,研发制作了适合RHEED的国产高能量电子枪。本文首先设计了电子枪的初始模型,然后借助有限元分析软件CST模拟电子束运行轨迹,优化电子枪各个电极的关键参数。继而,在保证各个电极最佳参数的情况下,完成了电子枪的结构设计,其结构主要包括电子发射组件、聚焦组件、偏转组件和差分抽真空维持机构。最后还对电子枪的电源设计进行了概述,并给出了电源的样机图片。为了验证电子枪设计的可行性和有效性,本课题组搭建了一套超高真空系统以便进行相关的测试实验。测试结果显示,电子束能量最大可达30keV,加速电压和发射电流成正比例对应关系,电子束斑直径在100μm以下,电子束偏转角度大于5°。通过实测Si(111)单晶体,获得了良好的电子衍射图像。本高能量电子枪的各项实测指标,完全达到了设计标准,可以用来进行实时原位的表面原子构造和动力学分析。该高能量电子发射枪的成功研发,提高了我国在小型高能量电子发射领域的综合技术水平,推动了国产表面分析仪器的发展。