发射电子的阴极有两种，热阴极与冷阴极。除了热阴极与冷阴极之外，还有一种热场发射阴极，又称为肖特基阴极。肖特基阴极可以看作传统热阴极与冷阴级的折中。
下表对上述几种阴极的特性进行了全面比较。
电子枪常用阴极的特性比较
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从该表可以看出，尽管冷场发射阴极的发射电流密度最高，虚源尺寸最小，但它的束流噪声也最大，发射电流漂移也最严重。这主要是因为冷阴极表面易受原子吸附而产生噪声和发射漂移。
冷阴极普遍作为电子显微镜的电子发射源，但很少作为电子束曝光系统的发射源。噪声与漂移对电子显微镜应用不是什么严重问题，但对于电子束曝光应用却是不能接受的。发射漂移意味着曝光剂量改变，将会严重影响曝光质量。因此，近年来先进的电子束曝光系统都采用热场发射阴极。
热场发射阴极是对传统场发射阴极加热，在高温下大大减少了气体原子在阴极表面的吸附，提高了阴极工作的稳定性。场发射阴极要求工作在非常高的真空环境，这是因为低真空空间的气体分子在电子碰撞下会发生电离，所产生的离子在阴极尖端高电场作用下会轰击阴极尖端表面，使阴极尖端损坏。因此，场发射阴极必须工作在超高真空下，尽量减少空间的气体分子数。