掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡的工作原理

　　電子顯微鏡已經(jīng)成為表征各種材料的有力工具。它的多功能性和*的空間分辨率使其成為許多應(yīng)用中非常有價(jià)值的工具。其中，兩種主要的電子顯微鏡是透射電子顯微鏡(TEM)和掃描電子顯微鏡(SEM)。在這篇文中，將簡(jiǎn)要描述他們的相似點(diǎn)和不同點(diǎn)。

　　掃描電鏡和透射電鏡的工作原理

　　從相似點(diǎn)開(kāi)始,這兩種設(shè)備都使用電子來(lái)獲取樣品的圖像。他們的主要組成部分是相同的;

　　電子源;

　　電磁和靜電透鏡控制電子束的形狀和軌跡;

　　光闌。

　　所有這些組件都存在于高真空中。現(xiàn)在轉(zhuǎn)向這兩種設(shè)備的差異性。掃描電鏡(SEM)使用一組特定的線圈以光柵樣式掃描樣品并收集散射的電子。

　　而透射電鏡(TEM)是使用透射電子，收集透過(guò)樣品的電子。因此，透射電鏡(TEM)提供了樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如晶體結(jié)構(gòu)，形態(tài)和應(yīng)力狀態(tài)信息，而掃描電鏡(SEM)則提供了樣品表面及其組成的信息。

　　而且，這兩種設(shè)備*明顯的差別之一是它們可以達(dá)到的*佳空間分辨率;掃描電鏡(SEM)的分辨率被限制在?0.5nm，而隨著*近在球差校正透射電鏡(TEM)中的發(fā)展，已經(jīng)報(bào)道了其空間分辨率甚至小于50pm。

　　哪種電子顯微鏡技術(shù)*適合操作員進(jìn)行分析?

　　這*取決于操作員想要執(zhí)行的分析類(lèi)型。例如，如果操作員想獲取樣品的表面信息，如粗糙度或污染物檢測(cè)，則應(yīng)選擇掃描電鏡(SEM)。另一方面，如果操作員想知道樣品的晶體結(jié)構(gòu)是什么，或者想尋找可能存在的結(jié)構(gòu)缺陷或雜質(zhì)，那么使用透射電鏡(TEM)是的方法。掃

　　描電鏡(SEM)提供樣品表面的3D圖像，而透射電鏡(TEM)圖像是樣品的2D投影，這在某些情況下使操作員對(duì)結(jié)果的解釋更加困難。

　　由于透射電子的要求，透射電鏡(TEM)的樣品必須非常薄，通常低于150nm，并且在需要高分辨率成像的情況下，甚至需要低于30nm，而對(duì)于掃描電鏡(SEM)成像，沒(méi)有這樣的特定要求。

　　這揭示了這兩種設(shè)備之間的另一個(gè)主要差別：樣品制備。掃描電鏡(SEM)的樣品很少需要或不需要進(jìn)行樣品制備，并且可以通過(guò)將它們安裝在樣品杯上直接成像。

　　相比之下，透射電鏡(TEM)的樣品制備是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜和繁瑣的過(guò)程，只有經(jīng)過(guò)培訓(xùn)和有經(jīng)驗(yàn)的用戶才能成功完成。樣品需要非常薄，盡可能平坦，并且制備技術(shù)不應(yīng)對(duì)樣品產(chǎn)生任何偽像(例如沉淀或非晶化)。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多方法，包括電拋光，機(jī)械拋光和聚焦離子束刻蝕。專(zhuān)用格柵和支架用于安裝透射電鏡(TEM)樣品。

　　SEMvsTEM：操作上的差異

　　這兩種電子顯微鏡系統(tǒng)在操作方式上也有所不同。掃描電鏡(SEM)通常使用15kV以上的加速電壓，而透射電鏡(TEM)可以將其設(shè)置在60-300kV的范圍內(nèi)。

　　與掃描電鏡(SEM)相比，透射電鏡(TEM)提供的放大倍數(shù)也相當(dāng)高：透射電鏡(TEM)可以將樣品放大5000萬(wàn)倍以上，而對(duì)于掃描電鏡(SEM)來(lái)說(shuō)，限制在1-2百萬(wàn)倍之間。

　　然而，掃描電鏡(SEM)可以實(shí)現(xiàn)的*大視場(chǎng)(FOV)遠(yuǎn)大于透射電鏡(TEM)，用戶可以只對(duì)樣品的一小部分進(jìn)行成像。同樣，掃描電鏡(SEM)系統(tǒng)的景深也遠(yuǎn)高于透射電鏡(TEM)系統(tǒng)。

　　另外，在兩個(gè)系統(tǒng)中創(chuàng)建圖像的方式也是不同的。在掃描電鏡中，樣品位于電子光學(xué)系統(tǒng)的底部，散射電子(背散射或二次)被電子探測(cè)器捕獲，然后使用光電倍增管將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)被放大并在屏幕上產(chǎn)生圖像。

　　在透射電鏡(TEM)中，樣品位于電子光學(xué)系統(tǒng)的中部。入射電子穿過(guò)它，并通過(guò)樣品下方的透鏡(中間透鏡和投影透鏡)，圖像直接顯示在熒光屏上或通過(guò)電荷耦合器件(CCD)相機(jī)顯示在PC屏幕上。